Großer Fortschritt bei der Quanteninformatik von Google (GOOGL.US)! Die Fehlerrate in einem entscheidenden Bereich wurde um etwa das 40-fache reduziert, ein weiterer Schritt in Richtung praktischer Anwendung.

Handelsnachrichten-APP hat erfahren, dass Alphabet (GOOGL.US) Tochter Google eine neue Technologie demonstriert hat, mit der die Fehlerrate eines entscheidenden Elements des Quantencomputings um das etwa 40-fache gesenkt werden kann. Dies markiert einen Fortschritt beim Bau ausreichend leistungsfähiger, zuverlässiger Maschinen, die Probleme lösen können, die für herkömmliche Computer unerreichbar sind.

Die Forscher Emma Rosenfeld und Craig Gidney erklärten im Google Quantum AI-Blog, dass Forschungsergebnisse, die am 15. Oktober in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Science“ veröffentlicht wurden, zeigen, dass ein Verfahren namens „magic state cultivation“ (Magischer Zustand-Anbau) auf dem Google Willow Quantenprozessor laufen kann. Diese Technologie erreichte eine Rekordgenauigkeit von 99,99% beim Erzeugen spezieller Quantenzustände, die für die Durchführung bestimmter fortgeschrittener Berechnungen benötigt werden.

Dieser Fortschritt löst eines der Haupthindernisse für kommerzielles Quantencomputing: die große Menge an Hardware, die zur Fehlervermeidung benötigt wird. Quantencomputer verwenden Qubits, deren Art der Informationsdarstellung und -verarbeitung herkömmliche Computerbits nicht erreichen können. Qubits sind jedoch extrem empfindlich gegenüber Störungen, und ohne umfangreiche Fehlerkorrektur ist zuverlässiges Computing schwer erreichbar.

Warum sind „magische Zustände“ so wichtig?

Ein besonders kostspieliger Teil der Fehlerkorrektur betrifft die Herstellung sogenannter „magischer Zustände“. Dabei handelt es sich um speziell erzeugte Quantenzustände, die bestimmte Operationen ermöglichen, die eine voll funktionale Quantenmaschine benötigt. Im Gegensatz zu traditionellen Ressourcen werden magische Zustände beim Gebrauch verbraucht, und müssen ständig ergänzt werden.

Google erklärte, dass einige frühere Schätzungen zeigten, dass die Herstellung dieser Zustände bis zu 95% der Rechenleistung eines Quantencomputers verbrauchen könnte, wobei nur ein kleiner Teil für nützliche Berechnungen übrig bleibt. Eine Entlastung dieser Belastung könnte zukünftige Quantencomputer erheblich verkleinern und die Betriebskosten senken.

Googles Kultivierungstechnologie löst dieses Problem, indem sie mit einem nicht perfekten Quantenzustand beginnt und wiederholt dessen Fehler prüft. Versuche, die den Check nicht bestehen, werden verworfen, so dass das System Zustände mit deutlich höherer Zuverlässigkeit produziert. Auf dem Google Willow-Prozessor wurden mit dieser Methode gegenüber nicht kultivierten Zuständen die Fehler um etwa das 40-fache reduziert.

Technische Herausforderungen und Durchbrüche

Die Forschung erforderte zudem, dass Google Probleme bei der Messung von Quantenfehlern überwindet. Das Team stellte fest, dass elektrische Schwankungen und Temperaturschwankungen die Testmethoden verzerren und zunächst scheinbar mit bestehender Physik inkonsistente Ergebnisse erzeugten. Die Forscher modifizierten daraufhin die Hardwaresteuerung und entwickelten eine neue Methode zur Messung der Genauigkeit ihrer Technologie.

Ein weiteres Resultat ist die Übertragung der verbesserten Quantenzustände zwischen zwei verschiedenen Fehlerkorrektur-Systemen – dem Farbcodesystem (color codes) und dem Surface Codesystem (surface codes). Diese beiden Systeme sind alternative Methoden zum Schutz von Quanteninformationen vor Fehlern. Der Nachweis, dass diese Zustände nach der Übertragung bestehen bleiben, zeigt, dass die Kultivierungstechnologie letztlich in größere Quantencomputersysteme integriert werden kann.

Für Alphabet-Investoren bedeuten diese Erkenntnisse Fortschritte beim Überwinden technischer und wirtschaftlicher Barrieren des kommerziellen Quantencomputings. Effizientere Fehlerkorrektur könnte letztlich die Anzahl physischer Qubits reduzieren, die für nützliche Berechnungen erforderlich sind, und so die Kosten und Komplexität beim Bau kommerziell nutzbarer Maschinen senken. Quantencomputer könnten letztlich in der Materialwissenschaft, Chemie und anderen Bereichen eingesetzt werden, in denen traditionelle Rechner extrem schwierige Berechnungen bewältigen müssen.

Diese Ergebnisse bedeuten jedoch nicht, dass Google bereits einen kommerziell praktikablen Quantencomputer entwickelt hat. Das Unternehmen räumt ein, dass die Technologie noch im größeren Maßstab validiert werden muss und erhebliche technische Herausforderungen bestehen bleiben. Die 40-fache Verbesserung bezieht sich speziell auf die Präparation von magischen Zuständen und nicht auf die Gesamtleistung oder Fehlerrate des Prozessors.

Die Forschung stärkt Googles Position im Wettlauf um die Entwicklung fehlertoleranter Quantencomputer. Fehlertolerantes Quantencomputing erlaubt einer Maschine, trotz Fehlern in der darunterliegenden Hardware langfristig komplexe Berechnungen auszuführen.

Obwohl dieser Durchbruch letztlich die Wirtschaftlichkeit des Quantencomputings verbessern könnte, hat Google keinen Zeitplan für die Kommerzialisierung genannt und auch keinen potenziellen Umsatz quantifiziert. Für Investoren liegt die direkte Bedeutung in den technischen Fortschritten, nicht im Beitrag zum kurzfristigen Gewinn von Alphabet.