Niemand ist perfekt das gilt insbesondere für Quantencomputer, also Computersysteme, für ihre Berechnungen Effekte der Quantenphysik nutzen – etwa Überlagerung Verschränkung von Quantenzuständen und damit Optimierungsaufgaben andere komplexe mathematische Probleme lösen können, jeden Klassiker überfordern Computer. Aber auch kleine elektrische Streufelder und Temperaturschwankungen bereiten den Quantencomputern Probleme. Sie zerstören die in gefangenen Ionen oder in tiefgefrorenen Mikroresonatoren gespeicherten fragilen Quantenzustände, sogenannte supraleitende Qubits. Verliert das System durch solche Störungen wichtige Quanteninformationen, schleichen sich Fehler ein. Das wird umso dramatischer, je größer die Zahl der Quantenbits ist, mit denen ein Quantencomputer arbeitet. Manfred Lindinger Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“. Folge ich folge Hier hilft die klassische Fehlerkorrektur eines PCs nicht weiter, der falsche Bits bei der Übertragung und Verarbeitung digitaler Daten schnell korrigiert. Die in den Qubits kodierten Daten lassen sich nicht wie klassische Nullen und Einsen kopieren und somit auch nicht redundant speichern, da das Kopieren quantenphysikalischer Zustände die ursprünglichen Daten zerstört. Zudem sind Quantenzustände besonders empfindlich gegenüber Störungen, was die Durchführung von Quantenberechnungen ohne effiziente Fehlerkorrektur stark beeinträchtigt. Daher sind andere Strategien zur Fehlervermeidung erforderlich. In einer Veröffentlichung in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature“ stellen Wissenschaftler von Google nun eine vielversprechende Methode vor, um die Fehlerkorrektur eines Quantencomputersystems drastisch zu verbessern. Überraschenderweise funktioniert es in größeren Quantensystemen besser als in kleinen, wie Tests mit dem Quantencomputer Sycamore gezeigt haben. Der Traum vom perfekten Rechnen Vor vier Jahren sorgte Google mit seinem Quantencomputer Sycamore für Aufsehen. Seine 53 supraleitenden Qubits lösten damals in 200 Sekunden ein komplexes Problem, an dem der IBM-Supercomputer „Summit“ zehntausend Jahre lang getüftelt hätte. Unterdessen haben Forscher der Google Labs in Kalifornien Sycamore aktualisiert. Das System verfügt nun über 72 supraleitende Quantenbits und es wurden weitere technische Verbesserungen vorgenommen. Doch trotz seiner hohen Leistungsfähigkeit war der Rechner bisher extrem störanfällig, da ein effizientes Fehlerkorrektursystem fehlte. Die Erbauer von Quantencomputern haben inzwischen gelernt, Fehler in einzelnen Qubits schnell zu erkennen und dann zu beheben, damit Quanteninformationen über die Zeit erhalten bleiben. Dabei helfen spezielle Algorithmen und Hilfs-Qubits. Diese merken sofort, wenn ein zuvor aktives Quantenbit verloren gegangen ist. Dies geschieht berührungslos durch den Effekt der quantenmechanischen Verschränkung. Daraufhin wird ein Mechanismus ausgelöst, der die verlorene Quanteninformation rettet und wiederherstellt. Dies funktioniert recht gut für Systeme, die aus einer Handvoll Qubits bestehen. Je mehr Qubits jedoch an den Berechnungen beteiligt sind, desto schwieriger wird das Verfahren, da auch die Zahl der Hilfs-Qubits zunimmt. Eine Strategie, die Google-Forscher nun bei Sycamore angewendet haben, ist sogenannte Oberflächencode-Fehlerkorrektur. Dadurch entstehen logische Quantenbits, die weniger störanfällig sind, gerade weil sie mehrere physikalische Quantenbits enthalten. Da die physikalischen Quantenbits in einer Ebene angeordnet sein können, spricht man von Oberflächen- oder Oberflächencodes. Gotopnews.com