Quantencomputer sind nur so nützlich, wie sie zuverlässig sind — und genau daran mangelt es Qubits: Schon kleinste Störungen wie elektrisches Rauschen, kosmische Strahlung oder Überhitzung können eine Rechnung verderben, bevor die Fehlerkorrektur greifen kann. Je länger eine Operation dauert, desto größer die Fehlerwahrscheinlichkeit. Deshalb ist ein neues theoretisches Ergebnis der Chalmers University of Technology bemerkenswert: Es verkürzt die Operationen zur Steuerung einer vielversprechenden Klasse fehlergeschützter Quantenzustände von Tausenden Steuerzyklen auf einen einzigen.
Die in Physical Review Letters unter dem Titel „Single-Period Floquet Control of Bosonic Codes with Quantum Lattice Gates" erschienene Arbeit befasst sich mit bosonischen Quantencodes. Statt Information in einzelnen physikalischen Qubits zu speichern, kodieren sie diese in den Mikrowellenfeldern supraleitender Schaltkreise — ein Ansatz, der eingebauten Schutz gegen bestimmte Fehlerarten bietet, insbesondere gegen den Energieverlust des Systems.
Der Haken war stets die Kontrolle. Die benötigten bosonischen Zustände mit herkömmlichen Verfahren aufzubauen bedeutete, das System durch Tausende wiederholte Ansteuerzyklen zu führen — ein langsamer Prozess, der dem Rauschen viel Zeit lässt. Lei Du und Tangyou Huang von Chalmers nutzen stattdessen kürzlich vorgeschlagene „Quantengitter-Gates", um Operationen direkt innerhalb eines einzigen Ansteuerzyklus umzusetzen.
„Man kann es sich wie den Bau einer großen Lego-Burg vorstellen", sagte Huang. „Statt Stein für Stein zusammenzusetzen und dabei Fehler zu riskieren, wirken Quantengitter-Gates wie vorgefertigte Lego-Module, die sich schnell und effizient verbinden lassen."
Der praktische Reiz: Die Methode zielt auf supraleitende Quantencomputer — jene Plattform, die auch Chalmers für einen in Entwicklung befindlichen 100-Qubit-Rechner nutzt — und soll sich mit bestehenden Schaltkreisdesigns umsetzen lassen. „Wir diskutieren bereits mögliche experimentelle Realisierungen mit Kolleginnen und Kollegen an der Chalmers und hoffen, die Methode bald demonstrieren zu können", sagte Huang.
Diese Einschränkung ist wichtig: Es handelt sich um ein theoretisches Ergebnis, die tausendfache Beschleunigung wurde in Hardware noch nicht gemessen. Der adressierte Engpass jedoch — wie sich fehlerkorrigierende Zustände, auf die fehlertolerante Maschinen angewiesen sein werden, schnell und zuverlässig erzeugen und steuern lassen — gilt als eine der anerkannten Hürden des Feldes. Die Autorinnen und Autoren sind mit Chalmers und der Tianjin University verbunden; gefördert wurde die Arbeit von der National Natural Science Foundation of China, dem Wallenberg Centre for Quantum Technology und der Knut and Alice Wallenberg Foundation.
