Forscher von Silicon Quantum Computing (SQC) haben einen neuen Quantencomputer-Chip vorgestellt, der sich durch beispiellose Genauigkeit auszeichnet und damit einen bedeutenden Schritt in Richtung praktischer Quantenberechnung darstellt. Die Errungenschaft beruht auf einer neuartigen siliziumbasierten Architektur namens „14/15“, die die einzigartigen Eigenschaften von Phosphoratomen nutzt, die in Siliziumwafern eingebettet sind. Dieser Ansatz umgeht die Herausforderungen, mit denen andere Quantenplattformen wie supraleitende oder eingefangene Ionensysteme konfrontiert sind, indem er die Fehlerraten auf der fundamentalen Qubit-Ebene minimiert.
Die 14/15-Architektur: Ein neuer Ansatz zur Qubit-Stabilität
Die Kerninnovation liegt in der Präzision, mit der diese Qubits hergestellt werden. Im Gegensatz zur herkömmlichen Herstellung von Siliziumchips erzeugt das SQC-Verfahren Qubits auf atomarer Ebene – eine Strukturgröße von nur 0,13 Nanometern. Dieses Maß an Präzision reduziert die Instabilität und Fehler, die bei anderen Systemen auftreten, bei denen Qubits anfälliger für externe Störungen sind, erheblich.
Der entscheidende Vorteil ist die Effizienz: Da von vornherein weniger Fehler auftreten, ist weniger Aufwand für die Fehlerkorrektur erforderlich. Dies führt zu einem schlankeren und skalierbareren System.
Rekordverdächtige Wiedergabetreue
Der SQC-Chip hat Genauigkeitsraten zwischen 99,5 % und 99,99 % in einem neunkernigen Qubit- und einem zweiatomigen Qubit-Computer gezeigt. Diese am 17. Dezember in Nature veröffentlichten Ergebnisse stellen die erste erfolgreiche Demonstration des atomaren, siliziumbasierten Quantencomputings über separate Cluster hinweg dar. Fidelity-Raten messen, wie gut Fehlerkorrekturtechniken funktionieren, und die Zahlen von SQC sind für seine Architektur auf dem neuesten Stand.
Während andere Projekte höhere Qubitzahlen aufweisen, konzentriert sich der Ansatz von SQC auf Qualität statt Quantität. Dies liegt daran, dass Skalierbarkeit in das Design integriert ist: Die 14/15-Architektur ermöglicht theoretisch Millionen von funktionalen Qubits ohne das exponentielle Fehlerwachstum, das bei konkurrierenden Plattformen zu beobachten ist.
Warum das wichtig ist: Der Wettlauf um Fehlertoleranz
Beim Quantencomputing geht es darum, fragile Quantenzustände (Superposition) lange genug aufrechtzuerhalten, um Berechnungen durchführen zu können. Aufgrund von Umgebungsrauschen treten unweigerlich Fehler auf, die dazu führen, dass Qubits zusammenbrechen und Informationen verlieren. Aus diesem Grund ist die Fehlerkorrektur von entscheidender Bedeutung, aber sie hat ihren Preis: die Bereitstellung zusätzlicher Qubits zur Fehlerprüfung und -minderung.
Die Architektur von SQC minimiert diese Fehler an der Quelle und reduziert so den Bedarf an umfangreicher Fehlerkorrektur. Dies ist ein Wendepunkt, denn mit zunehmender Qubit-Anzahl steigt auch der für die Fehlerkorrektur erforderliche Aufwand. Durch die Senkung der Grundfehlerrate reduziert SQC diese Belastung und macht Quantencomputer im großen Maßstab realisierbarer.
Den Maßstab übertreffen: Grovers Algorithmus
Der Industriestandard zum Testen der Leistung von Quantencomputern ist der Grover-Algorithmus, eine Suchfunktion, die den Quantenvorteil gegenüber klassischen Computern demonstrieren soll. SQC erreichte mit Grovers Algorithmus ohne Fehlerkorrektur eine Genauigkeitsrate von 98,9 % und übertraf damit die Ergebnisse von IBM und Google, die auch bei größeren Qubit-Zahlen immer noch auf Fehlerminderung setzen.
Dies deutet darauf hin, dass die Qubits von SQC von Natur aus stabiler sind und weniger Rechenleistung benötigen, um die Kohärenz aufrechtzuerhalten. Auch wenn die Infrastrukturherausforderungen weiterhin bestehen, ist das Team davon überzeugt, dass seine Plattform auf Millionen von Qubits skalierbar ist und gleichzeitig den Stromverbrauch und die physische Systemgröße minimiert.
Die Entwicklung dieses Chips ist ein entscheidender Schritt, um Quantencomputing Wirklichkeit werden zu lassen und nicht nur eine theoretische Möglichkeit. Indem SQC der Genauigkeit Vorrang vor der Brute-Force-Qubit-Skalierung einräumt, ebnet es den Weg für fehlertolerante QPUs, die Bereiche wie Medizin, Materialwissenschaften und künstliche Intelligenz revolutionieren könnten.
