Grundlagenforschung

IBM-Forscher erzielen Durchbruch beim Quantencomputing

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Forscher von IBM sind einem praxistauglichen Quantencomputer einen entscheidenden Schritt näher gekommen.

In der Fachzeitschrift "Nature" beschreiben sie heute (doi:10.1038/ncomms7979), wie sie vier supraleitende Quantenbits (Qubits) in einem quadratischen Gitter auf einem rund ein Quadratzentimeter großen Chip verbunden haben. Anders als bei einer linearen Kette konnten sie damit die zwei möglichen Arten von Quantenfehlern ("Bit-Flip-Fehler" und "Phase-Flip-Fehler") gleichzeitig erkennen und messen. Dies ist nötig, um Quantenfehler zu korrigieren - laut "Big Blue" eine wesentliche Voraussetzung für den Bau eine Quantencomputers. Die von IBM gewählte Konfiguration ließe sich außerdem durch den Anschluss weiterer Qubits gut skalieren, heißt es weiter.

IBM-Forscher Jerry Chow bei einem Quantencomputing-Experiment im Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights
IBM-Forscher Jerry Chow bei einem Quantencomputing-Experiment im Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights
Foto: IBM Research

Ein Qubit kann neben den "üblichen", mit einem Lichtschalter vergleichbaren Zuständen 0 und 1 zusätzlich beide Zustände gleichzeitig annehmen. Dieses 0+1 nennt man im Fachjargon "Superposition" - und bei der kommt es auf das Vorzeichen an, da die Zustände 0 und 1 eine Phasenbeziehung miteinander haben. Grundsätzlich kann ein Quantencomputer dank dieser Superpositionseigenschaft die richtige Lösung unter Millionen von Möglichkeiten viel schneller herausfinden als konventionelle Computer.

Schon ein Quantencomputer mit nur 50 logischen Qubits (diese sind durch Quantenfehlerkorrektur frei von sogenannter Dekohärenz und werden durch mehrere physikalische Qubits kodiert) hätte eine so gigantische Rechenleistung, dass keine Kombination aus Superrechnern der aktuellen Top500-Liste diese nachahmen könnte. "Quantencomputer haben das Potenzial, die computergestützten Wissenschaften zu transformieren", erläutert Arvid Krishna, Director von IBM Research. "Sie werden üblicherweise für die Kryptografie erforscht. Wir sehen aber auch ein bedeutendes Einsatzgebiet darin, bislang nicht lösbare Probleme in der Physik oder Quantenchemie zu bearbeiten." Dies könne etwa der Materialforschung oder Medikamentenentwicklung völlig neue Möglichkeiten eröffnen, so Krishna weiter.

IBM Infografik Durchbruch beim Quantencomputing
IBM Infografik Durchbruch beim Quantencomputing
Foto: IBM Research