-2.png?w=1024)
Quantinuum zufolge verliert sein Quantencomputer Helios inzwischen geschützte Quanteninformationen mit einer Rate von etwa fünf Fehlern pro einer Million Fehlerkorrekturrunden.
Das Ergebnis markiert Fortschritte auf dem Weg zu zuverlässigeren Quantencomputern, doch die Zahl misst die Leistung des logischen Speichers und nicht die Genauigkeit des Rechnens insgesamt.
Am 19. Oktober meldete eine logische Fidelity von 99,9995 % auf Helios, seinem kommerziellen 98-Qubit-Quantencomputer mit Ionenfallen, der innerhalb seiner Fehlerkorrekturarchitektur einen Farbcode verwendet.
Das Unternehmen gibt an, dass die Fehlerrate zehnmal niedriger ist als bei seinem eigenen Rekord vom September und 100-mal niedriger als beim besten veröffentlichten Ergebnis anderer Hardwaretypen, als das es Googles supraleitendes System von Google Quantum AI bezeichnet.
Quantinuum bringt das Ergebnis mit Apollo in Verbindung, dem universellen fehlertoleranten Computer, den das Unternehmen bis 2029 ausliefern will. Dieser Zeitplan fällt in eine Phase, in der staatliche Programme fehlertolerante Maschinen vorantreiben, darunter ein Wettbewerb des Energieministeriums (DOE) mit einer geplanten Förderung von bis zu 215 Millionen US-Dollar.
Was das Farbcode-Experiment gezeigt hat
Wichtige Ergebnisse laut Quantinuum und unabhängigen Analysen seines Preprints:
- Exponentielle Unterdrückung: Quantinuum meldet eine Rekordreduzierung der verbleibenden logischen Fehler um den Faktor 12 bei jeder Erhöhung der Codedistanz.
- Logische Gatter: Bei einer Codedistanz von 5 wies ein logisches Zwei-Qubit-Gatter einen Fehler von etwa 7 auf 100.000 auf.
- Hardwarelimit: Das Team führte das Gatterexperiment mit Codedistanz 7 nicht durch, weil es mehr Qubits benötigt hätte, als Helios besitzt.
- Gleiche Maschine, zwei Codes: Sowohl der Helix-Rekord vom September als auch das Farbcode-Ergebnis vom Oktober wurden auf derselben Helios-Hardware erzielt.
Robin Blume-Kohout, Co-Direktor des Quantum Performance Lab der Sandia National Laboratories, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, die Arbeit zeige „ein logisches Qubit, das nahezu 100-mal besser ist als seine physikalischen Komponenten-Qubits“.
Die Unterscheidung ist wichtig, weil die Erhaltung von Quanteninformationen und das Ausführen von Berechnungen darauf unterschiedliche Herausforderungen darstellen. Eine niedrige Fehlerrate des logischen Speichers bedeutet nicht automatisch, dass ein Quantencomputer lange, komplexe Berechnungen mit derselben Zuverlässigkeit ausführen kann.
Weniger Fehler kosten mehr Qubits
Bei der Quantenfehlerkorrektur beschreibt die Codedistanz, wie stark ein logisches Qubit gegen bestimmte physikalische Fehler geschützt ist. Größere Distanzen können gespeicherte Quanteninformationen zuverlässiger machen, erfordern jedoch in der Regel mehr physikalische Qubits, um diesen Schutz aufrechtzuerhalten.
Die Analyse von Quantum Computing Report weist für die getesteten Codedistanzen die folgenden Ergebnisse aus:
| Messgröße | Distanz 3 | Distanz 5 | Distanz 7 |
|---|---|---|---|
| Logischer Fehler pro Runde | 5.5 × 10⁻⁴ | 3.8 × 10⁻⁵ | 5 × 10⁻⁶ (99,9995 % Fidelity) |
| Physikalische Qubits pro logischem Qubit (Daten plus Messung) | 13 | 37 | 73 |
Der Qubit-Overhead bestimmt, wie groß eine fehlertolerante Maschine sein muss, und ist daher ebenso wichtig wie die reinen Fehlerraten – ein Problem, das IBM in seiner jüngsten Studie ebenfalls angegangen hat – die Reduzierung des Fehlerkorrektur-Overheads.
Was eWeek herausgefunden hat: Die Qubit-Anzahl hinter der Fidelity
Quantinuums Rekord-Fidelity von 99,9995 % verdeutlicht eine zentrale Herausforderung des fehlertoleranten Quantencomputings: Eine höhere Zuverlässigkeit erfordert zusätzliche physikalische Qubits.
Die Ankündigung des Unternehmens vergleicht Helix’ 10 physikalische Qubits pro logischem Qubit mit einem Wert von bis zu 37 für seinen Farbcode-Ansatz. Unabhängig davon weist die Analyse von Quantum Computing Report 73 physikalische Qubits für die Speicherkonfiguration mit Codedistanz 7 aus, die mit dem Ergebnis der genannten Fidelity verbunden ist.
Die Zahlen müssen sorgfältig interpretiert werden, weil sie unterschiedliche gemeldete Konfigurationen oder Vergleiche beschreiben. Die verfügbaren Erläuterungen belegen nicht, dass der Unterschied ausschließlich darauf zurückzuführen ist, ob Messqubits einbezogen werden oder nicht.
Diese Unterscheidung ist bei der Bewertung von Quantencomputerarchitekturen wichtig. Organisationen, die Anbieter vergleichen, sollten prüfen, welche Codedistanzen, Qubit-Ressourcen und logischen Operationen die jeweilige Leistungsangabe repräsentiert. Ein Fidelity-Rekord als Schlagzeile allein belegt nicht, welche Hardwareanforderungen ein vollständiges fehlertolerantes System hat.
Dieselbe Vorsicht gilt für Vergleiche mit anderen Meilensteinen des Quantencomputings. Googles jüngstes Ergebnis zur Kultivierung von Magiezuständen auf Willow maß Fehler bei der Erzeugung einer Ressource, die für Quantenberechnungen verwendet wird, und nicht bei der Erhaltung gespeicherter logischer Informationen. Die beiden Ergebnisse messen daher unterschiedliche Fähigkeiten und sind als Benchmarks für die Gesamtleistung nicht direkt vergleichbar.
Blume-Kohout argumentierte, dass der Overhead in großem Maßstab dennoch beherrschbar sei: „Eine hochskalierte Version dieses Systems könnte die für nützliche fehlertolerante Berechnungen erforderliche Zuverlässigkeit bei einer realisierbaren Größe erreichen – mit weniger als einer Million physikalischer Qubits –, was die Aussichten für praktisches Quantencomputing verbessert.“
Diese Einschätzung bleibt eine Projektion. Obwohl Helios bei Codedistanz 7 niedrige Fehlerraten des logischen Speichers demonstriert hat, erfordert die Übertragung dieser Ergebnisse auf größere Systeme und komplexere logische Operationen zusätzliche experimentelle Belege.
Quantinuums Ergebnis stärkt seine Argumentation für die Skalierung hin zu fehlertolerantem Quantencomputing. Die nächste Herausforderung besteht jedoch darin zu zeigen, dass sich niedrige Fehlerraten auch bei zunehmend komplexen Berechnungen aufrechterhalten lassen. Ein Experiment mit einem logischen Gatter bei Codedistanz 7 oder darüber hinaus wäre ein weiterer wichtiger Test für die Fortschritte auf dem Weg zu seinem Apollo-Ziel für 2029.
Weitere Nachrichten: Telefónica und IQM Quantum Computers bringen den ersten Quantencomputer in die Autonome Gemeinschaft Madrid, mit Plänen, bis Ende 2026 ein Fünf-Qubit-System IQM Spark an der Universidad Politécnica de Madrid zu installieren.