Rekordverdächtiger Quantencomputer mit mehr als 1.000 Qubits

Das US-amerikanische Unternehmen Atom Computing hat den ersten Quantencomputer mit 1.180 Qubits entwickelt, der die Genauigkeit der Maschine verbessern kann.

Der größte von Atom Computing gebaute Quantencomputer. Foto: Atom Computing — Der größte von Atom Computing gebaute Quantencomputer. Foto: *Atom Computing*

Der weltweit erste Quantencomputer verfügt über mehr als doppelt so viele Quantenbits (Qubits) wie der bisherige Weltrekordhalter, IBMs Osprey (433 Qubits). Mehr Qubits bedeuten zwar nicht zwangsläufig eine bessere Leistung, doch ist eine große Anzahl von Qubits für zukünftige fehlerfreie Quantencomputer unerlässlich – im Gegensatz zu den heutigen, störungsanfälligen Forschungsmaschinen. Die größten Quantencomputer, wie beispielsweise die von IBM und Google, nutzen supraleitende Schaltkreise, die auf extrem niedrige Temperaturen gekühlt werden. Die rekordverdächtige Maschine des kalifornischen Startups Atom Computing hingegen verfügt über 1.180 Qubits. Sie nutzt neutrale Atome, die mithilfe von Lasern in einem zweidimensionalen Gitter fixiert werden, wie New Scientist am 24. Oktober berichtete.

Ein Vorteil dieses Designs ist laut Rob Hays, CEO von Atom Computing, die einfache Skalierbarkeit des Systems und die Möglichkeit, dem Netzwerk weitere Qubits hinzuzufügen. Jeder zukünftige, fehlerfreie Quantencomputer (eine Eigenschaft, die als Fehlertoleranz bezeichnet wird) benötigt mindestens Zehntausende von Fehlerkorrektur-Qubits, die parallel zum Programmier-Qubit arbeiten.

„Wenn wir einfach auf einige Dutzend Qubits skalieren, wie es die meisten supraleitenden Systeme und Ionenfallen heute tun, wird es sehr lange dauern, bis wir fehlertolerante Rechner entwickeln. Mit dem Ansatz neutraler Atome können wir dieses Ziel deutlich schneller erreichen“, erklärt Hays. Ihm zufolge strebt das Team von Atom Computing an, die Anzahl der Qubits in der Maschine alle zwei Jahre um etwa den Faktor 10 zu erhöhen.

Anders als herkömmliche Computerbits, die entweder 1 oder 0 sind, weisen Qubits eine größere Vielfalt an Eigenschaften auf, je nach ihrer Herstellung. Neutrale Atome eignen sich besser für Quantenverschränkung, einen besonderen Quanteneffekt, bei dem zwei Qubits miteinander verbunden sind und sich selbst über große Entfernungen gegenseitig beeinflussen können. Sie sind zudem stabiler. Das Qubit im Computer von Atom Computing verhindert den Kollaps des Quantenzustands und erreicht so Fehlertoleranz für fast eine Minute. Zum Vergleich: Der Osprey-Computer von IBM hat eine Qubit-Bindungszeit von lediglich 70 bis 80 Mikrosekunden.

Die lange Kohärenzzeit resultiert aus dem Ytterbium-Atom, das Hays und seine Kollegen als Qubit verwendeten. Die meisten Maschinen, die auf neutralen Atomen basieren, nutzen die Elektronen des Atoms als Quantenelemente für Berechnungen. Diese werden jedoch leicht durch die leistungsstarken Laser gestört, die zur Fixierung der Elektronen eingesetzt werden. Mit Ytterbium konnten die Forscher eine Quanteneigenschaft des Atomkerns, den sogenannten Spin (den intrinsischen Drehimpuls des Teilchens), nutzen, der weniger anfällig für Störungen ist. Laut Ben Bloom, Forscher im Bereich Atom Computing, interagiert der Atomkern nicht so stark mit seiner Umgebung wie das Elektron.

Da Qubits so viele unterschiedliche Eigenschaften besitzen, ist ein Vergleich zwischen verschiedenen Rechnern schwierig. Laut Bloom verfügt der Rechner von Atom Computing jedoch über dieselbe Rechenleistung wie der IBM-Computer. Das Team hofft, den Computer im nächsten Jahr für Cloud-Computing-Anwendungen anbieten zu können.

An Khang (laut New Scientist )

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