Forschungsteam erzielt Durchbruch bei der Erzeugung magischer Zustände in Quantencomputern

Quantencomputer haben das Potenzial, in bestimmten Bereichen eine ungeahnte Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Computern zu erreichen; jedoch sind diese Vorteile bisher noch Zukunftsmusik. Ein entscheidender Schritt in Richtung dieser leistungsfähigen Systeme wurde nun durch ein Forschungsteam von QuEra Computing, dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Harvard University erzielt. Das Team hat es geschafft, sogenannte magische Zustände innerhalb der logischen Recheneinheiten eines Quantencomputers zu erzeugen. Diese magischen Zustände sind essenziell für den Fortschritt auf dem Weg zu effektiven Quantenrechnern und wurden in einer Vorabveröffentlichung im Fachmagazin Nature vorgestellt.

Quantencomputer arbeiten mit Qubits, die die Fähigkeit besitzen, die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Bits zu erweitern. Gleichzeitig sind sie jedoch sehr anfällig für Fehler. Selbst kleine Fehler können die Durchführung komplexer Algorithmen verhindern. Die Quantenfehlerkorrektur erweist sich derzeit als der vielversprechendste Ansatz, um dieses Problem anzugehen. Dabei werden mehrere fehlerbehaftete Qubits kombiniert, um einen stabileren, fehlertoleranten logischen Qubit zu bilden. Die Einführung der magischen Zustände revolutioniert diesen Prozess. Diese Zustände ermöglichen es, komplexe Berechnungen und Algorithmen direkt durchzuführen, ohne dass zunächst eine extensive Fehlerkorrektur erforderlich ist.

Die Herausforderung bei der Implementierung dieser magischen Zustände liegt in ihrer eigenen Anfälligkeit für Fehler. Eine Lösung bietet die Methode der Destillation. Ähnlich wie bei der Destillation von Flüssigkeiten, um eine konzentrierte Substanz zu gewinnen, werden viele verrauschte Quantenzustände kombiniert, um einen reinen, leistungsfähigeren magischen Zustand zu erzeugen. Den Forschern ist es nun gelungen, diese magischen Zustände innerhalb fehlerkorrigierter logischer Qubits mithilfe der Destillationstechnik zu destillieren.

Die Technologie wurde erfolgreich auf dem Quantencomputer Gemini von QuEra getestet, der neutrale Atome als Grundlage für seine Qubits nutzt. Durch die Kombination mehrerer fehlerbehafteter magischer Zustände entstand ein reinerer Zustand, dessen Qualität die der Ausgangszustände übertraf. Dieses Ergebnis belegt die Funktionsfähigkeit der Technik in realen Experimenten und markiert einen Meilenstein auf dem Weg zu skalierbaren, fehlertoleranten Quantencomputern. Mit dieser Demonstration untermauert das Team seine technologische Kompetenz und bestätigt den Fortschritt auf dem Weg zu praktischen, anwendungsfertigen Systemen.

Schlagwörter: QuEra + Massachusetts + MIT

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