Google hat einen Durchbruch bei der Korrektur der Fehler behauptet, die den heutigen Quantencomputern inhärent sind, was einen frühen, aber möglicherweise bedeutenden Schritt zur Überwindung der größten technischen Barriere für eine revolutionäre neue Form der Datenverarbeitung darstellt.
Die Ergebnisse des Internetunternehmens, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, markieren einen „Meilenstein auf unserem Weg, einen nützlichen Quantencomputer zu bauen“, sagte Hartmut Neven, Leiter der Quanten-Bemühungen von Google. Er nannte die Fehlerkorrektur „einen notwendigen Übergangsritus, den jede Quantencomputertechnologie durchlaufen muss“.
Quantencomputer haben Mühe, nützliche Ergebnisse zu erzielen, da die Quantenbits oder Qubits, auf denen sie basieren, ihre Quantenzustände nur für einen winzigen Bruchteil einer Sekunde halten. Das bedeutet, dass in einem Quantensystem verschlüsselte Informationen verloren gehen, bevor die Maschine ihre Berechnungen abschließen kann. Einen Weg zu finden, die dadurch verursachten Fehler zu korrigieren, ist die schwierigste technische Herausforderung, der sich die Branche gegenübersieht.
Einige Quanten-Start-ups setzen ihre Hoffnungen in naher Zukunft darauf, Wege zu finden, um die heutigen fehleranfälligen oder „lauten“ Maschinen zu programmieren, auch wenn dies nur zu einer kleinen Verbesserung gegenüber herkömmlichen Computern führt. Diese Bemühungen müssen jedoch noch zu praktischen Ergebnissen führen, was zu einer wachsenden Ansicht führt, dass Quantencomputer nicht nützlich sein werden, bis das weitaus größere Problem der Fehlerkorrektur gelöst ist.
Die Forscher von Google sagten, sie hätten einen Weg gefunden, die in einem Quantencomputer verarbeiteten Informationen so auf eine Reihe von Qubits zu verteilen, dass das System als Ganzes genug behalten könne, um eine Berechnung abzuschließen, selbst wenn einzelne Qubits aus ihrem Quantum herausfielen Zustände.
Die in Nature veröffentlichte Studie wies auf eine Verringerung der Fehlerrate um nur 4 Prozent hin, da Google seine Technik auf ein größeres Quantensystem ausweitete. Die Forscher sagten, dies sei jedoch das erste Mal, dass die Vergrößerung des Computers nicht auch zu einem Anstieg der Fehlerrate geführt habe. Neven sagte, dass es zeige, dass Google einen „Break-Even-Punkt“ überschritten habe, nach dem weitere Fortschritte stetige Leistungssteigerungen bringen würden, was das Unternehmen auf den Weg zu seinem ersten praktischen Quantencomputer bringe.
Der Durchbruch bei der Fehlerkorrektur war laut Julian Kelly das Ergebnis von Verbesserungen, die Google an allen Komponenten seines Quantencomputers vorgenommen hatte, von der Qualität seiner Qubits über seine Steuersoftware bis hin zu den kryogenen Geräten, mit denen der Computer auf nahezu den absoluten Nullpunkt gekühlt wurde , ein Google-Forscher. Dies habe die Anzahl der Fehler auf einen so niedrigen Punkt reduziert, dass die Größe des Systems erhöht werden könne, ohne zu einem exponentiellen Anstieg der Fehlerrate zu führen, fügte er hinzu.
Google beschrieb den Durchbruch als nur den zweiten von sechs Schritten, die nötig seien, um einen praktischen Quantencomputer zu bauen. Der nächste Schritt bestand darin, seine Technik zu perfektionieren, sodass nur 1.000 Qubits benötigt würden, um ein sogenanntes logisches Qubit zu erstellen – eine Abstraktion, die auf den unvollkommenen physischen Qubits aufbaut und fehlerfrei funktionieren kann. Neven sagte, Google glaube, dass es eine nützliche Maschine haben würde, sobald es herausgefunden habe, wie man 1.000 logische Qubits zu einem einzigen System baut und verknüpft.
Googles Forschungsansprüche rund um Quantencomputer haben sich in der Vergangenheit als kontrovers erwiesen. Im Jahr 2019 behauptete es in einem Artikel in Nature, es habe die sogenannte Quantenüberlegenheit erreicht – den Punkt, an dem ein Quantencomputer eine Berechnung durchführen kann, die für eine herkömmliche Maschine praktisch unmöglich ist.
Diese Behauptung wurde jedoch von IBM und anderen in Frage gestellt, und es wurden neue Programmiertechniken entwickelt, um die Leistung traditioneller Computer zu steigern und den Moment zurückzudrängen, in dem die Hersteller von Quantenmaschinen behaupten konnten, die „Vorherrschaft“ erreicht zu haben.
In der Nature-Zeitung dieser Woche sagten die Google-Forscher, dass sie eine „vorsichtige“ Haltung gegenüber ihrem jüngsten behaupteten Durchbruch einnahmen. Sie warnten davor, dass ihre Fehlerkorrekturtechnik immer noch nicht funktionieren würde, wenn sie in Zukunft auf viel größere Quantensysteme angewendet würde.