Harvards Durchbruch im Quantencomputing: Ein Sprung in Richtung Fehlerkorrektur und Rauschreduzierung

Es gab einen erheblichen Fortschritt im Quantencomputing, der von einer Gruppe von Forschern der Harvard University in Zusammenarbeit mit QuEra Computing Inc., der University of Maryland und dem Massachusetts Institute of Technology bekannt gegeben wurde. Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) der Vereinigten Staaten von Amerika hat Mittel für die Entwicklung eines einzigartigen Prozessors bereitgestellt, der mit der Absicht entwickelt wurde, zwei der größten Probleme auf diesem Gebiet zu überwinden: Lärm und Fehler.

Rauschen, das sich auf Qubits (Quantenbits) auswirkt und Rechenfehler verursacht, war ein erhebliches Hindernis für das Quantencomputing, das damit konfrontiert war Schwierigkeit für einige Zeit. Im Prozess der Verbesserung der Quantencomputertechnologie hat sich dies als erhebliches Hindernis erwiesen. Seit jeher werden Quantencomputer mit mehr als tausend Qubits benötigt, um enorme Fehlerkorrekturen durchzuführen. Dies ist das Problem, das die breite Verwendung dieser Computer verhindert hat.

In einer bahnbrechenden Studie, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, legte das von der Harvard University geleitete Team seine Strategie zur Lösung dieser Bedenken offen. Sie kamen auf die Idee logischer Qubits, bei denen es sich um Ansammlungen von Qubits handelt, die zu Kommunikationszwecken durch Quantenverschränkung miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zur herkömmlichen Methode der Fehlerkorrektur, die auf doppelten Kopien von Informationen beruht, nutzt diese Technik die inhärente Redundanz, die in logischen Qubits vorhanden ist.

Eine bisher noch nie erreichte Menge von 48 logischen Qubits nutzte das Team, um groß angelegte Berechnungen auf einem fehlerkorrigierten Quantencomputer effektiv durchzuführen. Durch den Nachweis eines Codeabstands von sieben, der auf eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Quantenfehlern hinweist, konnte dies durch die Konstruktion und Verschränkung der größten logischen Qubits erreicht werden, die jemals geschaffen wurden. Deshalb wurde dies praktikabel gemacht.

Um den Prozessor zu konstruieren, wurden Tausende von Rubidiumatomen in einer Vakuumkammer getrennt und anschließend mithilfe von Lasern und Magneten auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt. 280 dieser Atome wurden in Qubits umgewandelt und mit Hilfe zusätzlicher Laser verschränkt, wodurch 48 logische Qubits entstanden. Anstatt Drähte zu verwenden, kommunizierten diese Qubits untereinander über optische Pinzetten.

Im Vergleich zu früheren größeren Maschinen, die auf physikalischen Qubits basieren, zeigte dieser neue Quantencomputer eine weitaus geringere Fehlerquote bei Berechnungen. Anstatt Fehler zu beheben, die während der Berechnungen auftreten, verfügt der vom Harvard-Team verwendete Prozessor über eine Fehlererkennungsphase nach der Verarbeitung. In dieser Phase werden fehlerhafte Ausgaben entdeckt und verworfen. Hierbei handelt es sich um einen beschleunigten Ansatz zur Skalierung von Quantencomputern über das aktuelle Zeitalter der Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) hinaus, das derzeit in Kraft ist.

Als Ergebnis dieser Errungenschaft stehen neue Möglichkeiten für das Quantencomputing zur Verfügung. Die Errungenschaft ist ein großer Schritt in Richtung der Entwicklung von Quantencomputern, die skalierbar und fehlertolerant sind und in der Lage sind, Probleme zu lösen, die traditionell unlösbar waren. Die Studie hebt insbesondere die Möglichkeit hervor, dass Quantencomputer Berechnungen und Kombinatorik durchführen können, die mit der derzeit in der Informatik verfügbaren Technologie nicht denkbar wären. Dies eröffnet einen völlig neuen Weg für die Weiterentwicklung der Quantentechnologie.

Bildquelle: Shutterstock

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• Quelle: https://Blockchain.News/news/harvards-breakthrough-in-quantum-computing-a-leap-towards-error-correction-and-noise-reduction