Forscher in Schweden erzielen zentralen Durchbruch für robuste Quantencomputer.

BerlinForscher der Chalmers University of Technology in Schweden haben ein neues System entwickelt, das ein bedeutendes Problem in der Quanteninformatik löst. Aktuelle Quantensysteme können entweder komplexe Aufgaben gut bewältigen, sind dabei jedoch laut und fehleranfällig, oder sie sind stabil, aber schlecht in der Berechnung. Diese neue Lösung verringert dieses Problem und führt zu zuverlässigeren und langlebigeren Quantencomputern.

Quantencomputer nutzen Qubits, die dank Superposition gleichzeitig den Zustand 1 und 0 annehmen können. Diese Qubits sind jedoch anfällig für Fehler aufgrund elektromagnetischer Störungen und Schwankungen im Magnetfeld, was die Rechenzeit von Quantencomputern einschränkt. Um komplexe Probleme zu lösen, müssen Forscher Quanten­zustände effektiv verwalten. Doch hier gibt es ein Problem: Systeme, die gut im Fehlerausgleich sind und lange Zeit stabil arbeiten, haben Schwierigkeiten, Quanten­zustände zu kontrollieren, und umgekehrt.

Wissenschaftler der Chalmers-Universität haben ein neues System entwickelt, das in der Lage ist, komplexe Aufgaben auf einem Quanten-System mit mehreren Zuständen deutlich schneller auszuführen als bisher möglich.

Wichtige Eigenschaften des Chalmers-Systems umfassen:

• Schnelle Durchführung komplexer Operationen
• Erweiterte Fehlerkorrektur-Funktionen
• Nutzung kontinuierlicher Variablen in der Quantenrechentechnik
• Kompatibilität mit aktuellen supraleitenden Quantencomputern

Qubits unterscheiden sich von klassischen Computerbits, da sie gleichzeitig den Zustand 1 und 0 einnehmen können. Physische Systeme, die Qubits nutzen, sind sehr fehleranfällig. Deshalb suchen Forscher nach effektiveren Methoden zur Fehlererkennung und -korrektur. Das Chalmers-System verwendet eine Art des Quantencomputings, das als kontinuierliche-Variablen-Quantencomputing bekannt ist, und nutzt harmonische Oszillatoren, um Informationen auf einfache Weise zu kodieren.

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Diese Geräte bestehen aus dünnen Streifen von Supraleitermaterial, die auf einer isolierenden Basis platziert sind, um Mikrowellenresonatoren zu erzeugen. Sie sind ideal für den Einsatz in den neuesten supraleitenden Quantencomputern.

Das kontinuierliche Quantencomputing mit variablen Werten hat die Fehlerkorrektur verbessert, war jedoch anfangs bei der Durchführung komplexer Aufgaben eingeschränkt. Frühere Versuche, Harmonieoszillatoren mit Kontrollsystemen wie supraleitenden Quanten-Systemen zu verwenden, stießen auf den Kerr-Effekt, der Quantenzustände stört. Um dieses Problem zu lösen, platzierten Forscher der Universität Chalmers ein Kontrollsystemgerät innerhalb des Oszillators.

Diese Methode hält die Quantenzustände geordnet und erlaubt eine präzise Steuerung. Dadurch können neue Gatteroperationen sehr schnell durchgeführt werden. Dieser Ansatz bewahrt die Vorteile der harmonischen Oszillatoren, wie zum Beispiel eine effiziente Fehlertoleranz, und ermöglicht gleichzeitig eine exakte Kontrolle der Quantenzustände.

Forscher haben in Nature Communications eine Studie veröffentlicht, die eine Methode zur Kombination von Fehlerkorrektur und komplexen Operationen vorstellt. Sie hinterfragten die übliche Praxis, supraleitende Elemente von Quantenoszillatoren getrennt zu halten. Indem sie das Steuerungselement in den Oszillator integrierten, erzielten sie schnelle Operationen ohne die Quantenzustände zu stören.

Forscher glauben, dass dieses neue System zu stärkeren und leistungsfähigeren Quantencomputern führen könnte, die komplexe Probleme bewältigen und Fehler besser handhaben können. Dieser Fortschritt ist ein wichtiger Schritt in Richtung praktischer und leistungsstarker Quantencomputer.