RUBIDIUM-ATOME
Viele Jahre hatten supraleitende Qubits die Nase vorn. Jetzt will ein Forschungsteam bisherige Erfolge weit über troffen haben – mit Quantenchips auf der Basis von Rubidium-Atomen.
Bislang sind Quantencomputer noch in einem Stadium wie Albert Einstein kurz nach seiner Einschulung. Das Potenzial ist da, aber dass aus dem Kind eines Tages ein Revolutionär wird, dessen Berechnungen ein neues Zeitalter für die Physik einläuten, ist nicht garantiert. Denn: Noch machen die futuristischen Maschinen viel zu viele Fehler. Ein Forschungsteam von der Harvard University, dem Massachusetts Institute of Technology (MIT ), dem National Institute of Standards and Technology, dem Start-up QuEra sowie der University of Maryland hat einen Quantenprozessor mit 280 Qubits im Fachmagazin »Nature« vorgestellt, der Fehler aufspüren und korrigieren kann. Dazu testeten sie verschiedene Fehlerkorrekturverfahren und führten komplexe, fehlerkorrigierte Quantenalgorithmen auf 48 logischen Qubits aus. Damit ist die Arbeit ein wichtiger Fortschritt auf dem Weg hin zu einem universell einsetzbaren Quantencomputer.
Qubits sind die Recheneinheiten eines Quantencomputers und das quantenmechanische Pendant zu den klassischen Bits. Ein logisches Qubit, das die tatsächlichen Rechenoperationen durchführt, besteht aus mehreren physischen Qubits. Diese sind nötig, um die Fehler, die bei quantenmechanischen Berechnungen entstehen, zu korrigieren. Zuletzt haben die beiden US-Tech-Konzerne Google und IBM das Tempo bei der Entwicklung von immer größeren Quantenprozessoren vorgegeben. So hat IBM erst am 4. Dezember 2023 einen neuen Chip namens »Condor« mit 1121 physischen Qubits vorgestellt. Die schiere Anzahl der verbauten Qubits ist jedoch nicht entscheidend. Viele Teams konzentrieren sich deshalb darauf, neue Ansätze auszuloten und die Zahl der miteinander verschränkten, logischen Qubits zu erhöhen.
Während Google und IBM winzige supraleitende Schaltkreise als Qubits verwenden, in denen elektrische Ladungen mal in die eine und mal in die andere Richtung schwingen, setzt das Team um Dolev Bluvstein, Erstautor der neuen »Nature«-Studie, auf angeregte Zustände in Rubidium-Atomen. Dazu werden die äußeren Elektronen mittels Laserlicht auf sehr hohe Energieniveaus (so genannte Rydberg-Zustände) weit weg vom Atomkern gebracht – sie werden aber nicht abgespalten wie bei Ionen, die Atome bleiben daher ungeladen. Um sie für Quantenberechnungen einsetzen zu können, müssen die Forscher die angeregten Atome mit weiteren Lasern festhalten wie mit einer Pinzette. Auf diese Weise lassen sie sich auch beliebig in einer zweidimensionalen Anordnung verschieben. Die jeweilige Positionierung der Qubits ermöglicht es, die Maschine zu programmieren. Der Vorteil: Anders als man es etwa von den supraleitenden Qubits kennt, müssen di
