c't 4/2020
S. 40
Aktuell
Mikrowellen-manipulierte Qubits

Robuste Quantenrechner

Ionenfallen-Qubits mit reduzierter Fehlerquote

Forscher in Hannover und Braunschweig entwickeln einen Quantencomputer mit mikrowellengesteuerten Ionenfallen. Jetzt konnten sie robuste und effiziente Rechenoperationen zeigen.

Von Arne Grävemeyer

Quantencomputer rechnen mit Qubits, Quantenbits, die in der Lage sind, zwischen zwei Quantenzuständen zu wechseln. Vor allem aber können Qubits auch beide Zustände gleichzeitig einnehmen; in der sogenannten Superposition liegen zwei Zustände überlagert vor. Mit Qubits in der Form von supraleitenden Schleifen auf Halbleiterchips haben große Hersteller wie Google und IBM in den vergangenen Jahren Furore gemacht. Deren Quantencomputer können bisher mit bis zu 72 Qubits rechnen. Diese bestehen aber nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) und bislang auch nur für Bruchteile von Sekunden. 

Christian Ospelkaus justiert die Laser an der PTB Braunschweig, die die Ionenfallen mit Qubits laden. 

Qubits in Form von Ionen in Ionen­fallen haben eine Dekohärenzzeit von einigen Minuten, so lange können sie eine Superposition aufrecht erhalten – und das bei Raumtemperatur. Professor Dr. Christian Ospelkaus tüftelt mit seinem Team an einem kompletten Rechenwerk aus solchen Qubits. Zum Jahreswechsel hat diese Gruppe am Institut für Quantenoptik der Leibniz-Universität Hannover sowie in Laboren an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt PTB in Braunschweig über einen Durchbruch berichtet: Die Physiker haben die Fehlerrate beim Verknüpfen von zwei Qubits um den Faktor 100 nahe an 10-3 verbessert; ihnen unterläuft also nur noch ein Fehler auf 1000 Operationen. Ihr Ziel ist es, diese Quote um noch mindestens eine Größenordnung zu verbessern. „Ab einer Fehlerrate von 10-4 ist es sinnvoll, Berechnungen mit vielen Qubits zu wagen, denn dann funktionieren bekannte Fehlerkorrekturverfahren effizient“, erklärt Ospelkaus. Er ist optimistisch, dass dieser Sprung in den kommenden ein bis zwei Jahren gelingt.