Durchbruch: Forscher lösen ein großes Problem von Quantencomputern

Forscher von Google Quantum AI haben einen wichtigen Fortschritt erzielt. Durch die sogenannte Kultivierung magischer Zustände auf einem realen Prozessor ist ihnen ein großer Schritt auf dem Weg zur praktischen Nutzung von Quantencomputern gelungen.

Durchbruch bei Quantencomputern

Quantencomputer leiden seit jeher unter ihrer Fehleranfälligkeit. Jetzt haben Google-Forscher jedoch einen wichtigen Fortschritt erzielt. Dem Team ist es erstmals gelungen, sogenannte magische Zustände auf einem realen Prozessor, dem Google Willow, zu "kultivieren". Dadurch sank die Fehlerquote bei der Herstellung dieser Zustände um das 40-Fache, verglichen mit der bisher verwendeten Technik der Destillation.

Destillation und Kultivierung

Während klassische Rechner mit Nullen und Einsen sowie einfachen Logik-Regeln arbeiten, benötigen Entwickler zusätzliche Operationen, um die höhere Leistungsfähigkeit der Quantentechnologie freizuschalten. Diese werden meist T-Gatter genannt und erfordern einen speziellen sogenannten magischen Zustand. Dabei befindet sich das Qubit in einer exakten Überlagerung von null und eins.


Bisher nutzte die Forschung zur Herstellung magischer Zustände die Destillation, die aus vielen fehlerhaften Zuständen weniger, aber genauere erzeugt. Das verschlingt jedoch extrem viel Rechenleistung. Bis zu 95 Prozent der Kapazität eines Quantencomputers können allein in die Erzeugung dieser magischen Zustände fließen, was eine ineffiziente Nutzung der Kapazitäten bedeutet.

Das Problem beschäftigt die Forschung bereits seit rund 20 Jahren. Im Jahr 2024 schlugen Wissenschaftler als Alternative die sogenannte Kultivierung vor. Dabei beginnt der magische Zustand zunächst klein auf wenigen Qubits. Anstatt den Zustand normal zu messen und ihn damit auf null oder eins festzulegen, prüft das System lediglich, ob der korrekte Zustand vorliegt. Fehlerhafte Ansätze sortiert der Prozessor aus.

Etwa acht Prozent der Versuche bestehen den Test und produzieren reine Quantenzustände. Diese wachsen anschließend auf weitere Qubits an und erhalten so einen stärkeren Schutz vor Störungen. Wie die Google-Forscher in ihrem wissenschaftlichen Paper mitteilen, nutzten sie für das Experiment 54 der 105 verfügbaren physischen Qubits von Willow.

Noch weit vom Praxiseinsatz entfernt

Trotz der geringeren Fehlerquote liegt der praktische Einsatz des Verfahrens in weiter Ferne. Aktuell tritt bei der Kultivierung etwa ein Fehler pro 10.000 Versuche auf. Um chemische Moleküle zu simulieren, darf höchstens ein Fehler auf eine Million bis 100 Millionen Durchläufe kommen. Für das Entschlüsseln aktueller Sicherheitssysteme liegt die Anforderung bei einem Fehler auf zehn Milliarden Versuche. Das Experiment beweist jedoch, dass das Verfahren auf echter Hardware funktioniert.

Glaubt ihr, dass Quantencomputer bald unseren Alltag verändern werden? Lasst uns in den Kommentaren wissen, welche Einsatzgebiete ihr euch erhofft!

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