Quantencomputer knackt Rekord

Quanten-Supremat: Erneut hat ein Quantencomputer seine Überlegenheit gegenüber Supercomputern bewiesen – diesmal jedoch mit weit geringerer Fehlerquote als bei bisherigen Ansätzen. Der 56-Qubit-Rechner von Quantinuum knackte die Testaufgabe 100x effizienter und mit einer XEB-Zuverlässigkeitsquote von 35 Prozent – Googles „Sycamore“ erreichte 2019 bei der gleichen Aufgabe nur 0,2 Prozent. Möglich wurde dies dank neuer Quantenarchitekturen, die auf Fehlerarmut statt bloßer Erhöhung der Qubit-Zahlen ausgerichtet sind.

Quantencomputer gelten als Rechner der Zukunft, ihre Schnelligkeit und Effizienz kann selbst die von Supercomputern übertreffen. Das Problem jedoch: Die aus Ionen, supraleitenden Quantenpunkten oder Atomen bestehenden Quantenbits solcher Rechner sind extrem fehleranfällig, schon kleine Störungen können sie aus ihrer quantenphysikalischen Verschränkung und Überlagerung reißen – und mit der Zahl der Qubits steigt die Fehlerrate.

Unter anderem deshalb setzen Unternehmen wie Google, Microsoft oder IBM inzwischen nicht mehr nur auf Quantencomputer mit immer mehr Qubits, sondern arbeiten an robusten, fehlerarmen Architekturen – beispielsweise in Form spezieller „Wächter-Qubits“ oder der „Zero Noise Extrapolation“ getauften Methode.

Ionen-Quantencomputer im Benchmark-Test

Jetzt hat ein Quantenrechner des US-Unternehmens Quantinuum in dieser Hinsicht einen neuen Rekord aufgestellt. Der Quantencomputer H2-1 ist zum einen der erste auf Ionen basierende Rechner mit 56 Qubits – solche Ionen-Qubits gelten als besonders robust und benötigen weniger starke Kühlung als supraleitende Quantenpunkte. Zum andern jedoch demonstrierte der H2-1-Rechner seine Überlegenheit gegenüber Supercomputers mit weit geringerer Fehlerquote als bisherige Ansätze, wie Quantinuum mittelte.

Konkret bekam der Quantencomputer eine für solche Leistungstests gängige Aufgabe: Er sollte den sogenannten Random Circuit Sampling Algorithmus (RCS) lösen – eine wegen ihrer vielen Variablen als extrem schwer eingestufte Berechnung. 2019 hatte der Google-Quantencomputer „Sycamore“ bei seiner Demonstration der Quanten-Überlegenheit diese Aufgabe in rund 200 Sekunden gelöst, während die stärksten Supercomputer dafür mehr als zehntausend Jahre benötigen würden.

Bisher geringste Fehlerquote

Das Ergebnis des Tests: Auch der H2-1-Quantenrechner knackte den Testalgorithmus innerhalb kürzester Zeit. Er benötigte dafür zudem 30.000-mal weniger Energie als ein Supercomputer, wie Quantinuum berichtet. Das Entscheidende jedoch: Das neue System erreichte bei der gängigen XEB-Benchmark für die Fehlerquote erstmals einen Wert von 0,35. Googles „Sycamore“ schaffte hingegen nur 0,002. Beim XEB steht 0 für 100 Prozent verrauscht und potenziell fehlerhaft und 1 für 100 Prozent fehlerfrei.

Demnach arbeitete der Ionen-Qubit-Quantencomputer bei seinem Leistungstest zu 35 Prozent fehlerfrei und zuverlässig. „Dieses Resultat zeigt, wie weit die Quanten-Hardware seit Googles erster Demonstration des Quanten-Supremats gekommen ist“, sagt Quantinuum-CEO Rajeeb Jazra. Der Fokus auf Qualität statt Quantität bei den Qubits zahle sich nun aus. „Wir haben damit unseren Vorsprung im Rennen um fehlertolerantes Quantencomputing weiter ausgebaut.“

Bereits vor einigen Monaten hatte Quantinuum gemeinsam mit Microsoft eine Quantenarchitektur entwickelt, die erstmals die „drei Neunen“ bei Zwei-Qubit-Logikgattern erreichte – eine 99,9-prozentige Zuverlässigkeit der Berechnungen. Die neuen Testergebnisse zeigen nun, dass auch ein System mit 56 Qubits eine deutlich verbesserte Fehlertoleranz zeigt. „Dies spricht dafür, dass vollständig fehlertolerante Quantencomputer früher erreichbar sein könnten als ursprünglich erwartet“, erklärte Ilyas Khan von Quantinuum.

Quelle: Quantinuum