Der Hype um die Quantencomputer ist riesig, sollen sie doch, wie wir mehrfach berichteten, Industrie und Wirtschaft in die Lage versetzen Probleme zu lösen, die heutige High Performance Computer (HPCs) mit ihren Berechnungen nicht knacken können. Zumindest nicht in adäquaten Zeiträumen. So könnten etwa Quantencomputer dabei helfen, bessere Batterien für die Elektromobilität entwickeln oder die Erforschung neuer Materialien und Medikamente beschleunigen.

Das Problem der Superposition

Doch die Sache hat einen Schönheitsfehler - die Quantencomputer rechnen bislang nicht genau genug. Während wir bei klassischen Rechnern gewohnt sind, dass die gleichen Berechnungen zum selben Ergebnis kommen, kann ein Quantencomputer bei der gleichen Rechenaufgabe zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Hier schlägt das Problem der Superposition zu, nämlich dass ein Quantencomputer beispielsweise zeitgleich den Zustand Null oder Eins beziehungsweise einen Zwischenzustand annehmen kann.

Durchbruch von Google

Das Problem ist allen Playern im Quantencomputer-Business bewusst. Entsprechend fieberhaft wird in den Forschungsabteilungen an Methoden für die Fehlerkorrektur gearbeitet. So will etwa IBM bis 2024 eine Fehlerrate von weniger als 0,1 Prozent pro Rechenschritt erreichen und 2025 mit einer noch leistungsfähigeren Fehlerkorrektur aufwarten. Doch diese Pläne könnten nun Makulatur sein, denn Google proklamiert für sich den Durchbruch in Sachen Fehlerkorrektur beim Quanten-Computing. Zum ersten Mal hätten Googles Quantum-AI-Forscher, so Sundar Pichai, CEO von Google und Alphabet, in einem Blog-Beitrag,experimentell nachgewiesen, dass es möglich ist, Fehler zu reduzieren, indem man die Anzahl der Qubits erhöht. Dieser Durchbruch, so Pichai weiter, stelleeine bedeutende Veränderung in der Art und Weise dar, wie Quantencomputer betriebenwerden.

Rechnen mit logischen Qubits

Anstatt die physischen Qubits auf einem Quantenprozessor einzeln zu verwenden, behandelt Google eine Gruppe von ihnen als ein logisches Qubit. Auf diese Weise konnte nach Angaben des Google-Chefs ein logisches Qubit, das aus 49 physischen Qubits hergestellt wurde, ein aus 17 Qubits hergestelltes Qubit übertreffen. Die Quantenfehlerkorrektur soll dabei Informationen schützen, indem sie diese über mehrere physische Qubits hinweg zu einem "logischen Qubit" kodiert. Bei Google geht man davon aus, dass dies die einzige Möglichkeit ist, einen Quantencomputer im großen Maßstab zu bauen, dessen Fehlerraten niedrig genug für nützliche Berechnungen sind. Anstatt mit den einzelnen Qubits selbst zu rechnen, wollen die Forscher künftig mit logischen Qubits rechnen. Indem eine größere Anzahl physischer Qubits auf einem Quantenprozessor in ein logisches Qubit kodiert wird, so die Hoffnung, könne die Fehlerrate reduziert werden, um nützliche Quantenalgorithmen zu ermöglichen.

Details zu den Google-Forschungsergebnissen in Sachen Quanten-Fehlerkorrektur, wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.