Microsoft und Quantinuum haben einen großen Durchbruch bei der Quantenfehlerkorrektur gemeldet. Durch die Kombination der Ionenfallentechnologie von Quantinuum mit dem revolutionären Qubit-Virtualisierungsansatz von Microsoft konnte die Kooperation über 14.000 Versuche korrekt abschließen. Diese Errungenschaft ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Erkennung und Behebung von Fehlern in logischen Qubits ermöglicht und gleichzeitig deren Integrität bewahrt.
Diese Entdeckung stellt eine Abkehr von der NISQ-Periode (Noisy Intermediate Scale Quantum) dar, die durch Systeme gekennzeichnet war, die empfindlich auf winzige Umweltveränderungen reagierten, was zu Unvorhersehbarkeit führte und auf einige tausend Qubits begrenzt war. Das Potenzial des Quantencomputings ist enorm, da sich ein Qubit im Gegensatz zu einem klassischen Bit bis zur Messung in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden kann.
In ihrem technischen Artikel erklären die Wissenschaftler, wie sie den H2-Trapped-Ion-Prozessor von Quantinuum nutzten, um 30 physikalische Qubits in vier starke logische Qubits umzuwandeln. Diese Kodierungsmethode verbessert den Fehlerschutz durch Verschränkung und macht es einfacher, Fehler in physischen Qubits zu erkennen und zu beheben, während logische Qubits intakt bleiben.
Die Fehlerkorrektur war ein großes Hindernis auf dem Weg über den NISQ-Zeitraum hinaus. Die Verbesserung der Qualität und die Verringerung des Rauschens physikalischer Qubits ist von entscheidender Bedeutung, da Quantensysteme ohne ausgefeilte Fehlerkorrektur weiterhin dekohärent sind. Dennis Tom und Krysta Svore von Microsoft betonten, dass eine Verbesserung der Betriebsqualität physikalischer Qubits zusammen mit einer speziellen Architektur zu leistungsstarken, fehlertoleranten Quantencomputern führen kann, die in der Lage sind, komplizierte Berechnungen durchzuführen.
Die Errungenschaft stellt einen erheblichen Fortschritt bei der Verringerung des Unterschieds zwischen logischen und physikalischen Qubit-Fehlerraten dar, mit einer bis zu 800-fachen Verbesserung gegenüber der Verwendung ausschließlich physikalischer Qubits. Die Fähigkeit, Fehler aktiv zu reparieren, ohne logische Qubits zu zerstören, ist ein bedeutender Meilenstein in der Quantenfehlerkorrektur und zeigt die niedrige logische Fehlerrate des Systems nach zahlreichen Runden der Syndromextraktion.
Es wird erwartet, dass dieser Erfolg die Weiterentwicklung und Akzeptanz vergleichbarer Fehlerkorrekturansätze in der Quantencomputing-Community vorantreiben wird. Ilyas Khan von Quantinuum lobte den Beitrag der Zusammenarbeit zur Weiterentwicklung des Quantenökosystems und brachte seine Begeisterung für die Zukunft von Quantenanwendungen und den Übergang zu skalierbaren Quantenprozessoren zum Ausdruck.