Das beweist ein von Michael Devorette von der Yale University geleitetes Experiment
Was sind Qubits?
Informationen im klassischen Rechnen kommenin Form von Bits, die Einsen oder Nullen entsprechen. Beim Quantencomputing werden sie in speziellen Geräten mit Quanteneigenschaften gespeichert, die als Quantenbits oder „Qubits“ bezeichnet werden.
IBM 7 Qubit-Gerät. Foto: Flickr
In einem Labor der Yale UniversitySie werden aus supraleitenden Schaltkreisen hergestellt, die auf Temperaturen gekühlt werden, die 100-mal niedriger sind als im Weltraum. Jedes Qubit repräsentiert Eins oder Null oder seltsamerweise gleichzeitig Eins und Null. Diese „Quantenparallelität“ ist eine der Eigenschaften, die es Quantencomputern ermöglicht, Berechnungen durchzuführen. Potenziell – mehrere Größenordnungen schneller, als es auf klassischen Supercomputern möglich ist.
Was ist das Problem beim Quantencomputing?
Allerdings sind Quantensysteme fragil. Sie werden vom grundlegenden Phänomen der Dekohärenz heimgesucht – einem Prozess, bei dem die in Qubits gespeicherten Informationen aufgrund ihrer Interaktion mit der Umgebung schnell ihre Quanteneigenschaften verlieren. Mit einfachen Worten: Jegliche Störung durch die äußere Umgebung stört den Betrieb solcher Systeme und macht sie unmöglich. Dies verhindert, dass Quantencomputer überall implementiert werden.
Es gibt eine Lösung, aber so einfach ist sie nicht
Quantenfehlerkorrektur, was theoretisch der Fall ist1995 entdeckt, bietet eine Möglichkeit, diese Dekohärenz zu bekämpfen. Es schützt ein Quantenbit an Informationen, indem es es in ein größeres System kodiert, als es im Allgemeinen zur Darstellung eines einzelnen Qubits erforderlich ist.
IBM 16 Qubit-Prozessor. Foto: Flickr
Dieses größere System zeigt jedoch WirkungDie Umgebung ist noch aggressiver und das codierte Qubit fragiler. Aufgrund dieses Effekts und der mit zusätzlichen Fehlerkorrekturkomponenten verbundenen Komplikationen führte dieses Verfahren in der Praxis nicht zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Quantenbits. Die Forscher sagen, dass es tatsächlich ein seltenes Ereignis ist, selbst mit einem unkorrigierten Qubit die Gewinnschwelle zu erreichen. Entgegen theoretischen Versprechungen beschleunigt die Fehlerkorrektur in den meisten Experimenten die Dekohärenz von Quanteninformationen.
Was haben die Wissenschaftler getan?
Während des Experiments zeigten Wissenschaftler erstmalsdass eine zunehmende Systemredundanz, aktive Erkennung und Korrektur von Quantenfehlern eine erhöhte Stabilität der Quanteninformation gewährleisteten. „Unser Experiment beweist, dass die Quantenfehlerkorrektur ein echtes, praktisches Werkzeug ist. „Das ist mehr als nur eine Demonstration des Prinzips“, erklärt der Physiker.
Einer Gruppe von Wissenschaftlern ist es gelungen, die Lebensdauer von Quanteninformationen mehr als zu verdoppeln. Ihr fehlerkorrigierendes Qubit dauerte 1,8 Millisekunden – im Quantencomputing geht alles schnell.
Sie erzielten Ergebnisse mithilfe von CodeFehlerkorrektursoftware, die 2001 erfunden wurde. „Ja, in unserem Bereich gibt es Verzögerungen zwischen theoretischen Vorschlägen und ihrer praktischen Umsetzung“, erklärt Michael Devorette.
Darstellung von Qubits. Bildnachweis: Yale University
Das erklärte Vladimir Sivak, der Hauptautor des ArtikelsDie Leistung wurde teilweise durch den Einsatz eines maschinellen Lernagenten erreicht. Er hat den Fehlerkorrekturprozess angepasst, um das Ergebnis zu verbessern.
„Da gibt es keinen einzigen Durchbruchhat es uns ermöglicht, dieses Ergebnis zu erzielen. Tatsächlich handelt es sich um eine Kombination verschiedener Technologien, die in den letzten Jahren entwickelt wurden. „Wir haben uns in diesem Experiment zusammengetan“, erklärte ein Student in Devorets Labor, jetzt Google-Forscher.
Warum ist es so wichtig?
Der praktische Erfolg des Quantencomputings wird seinhängen von der Fähigkeit ab, mithilfe der Quantenfehlerkorrektur Quantenbits von extrem hoher Qualität zu erzeugen. Ein neues Experiment bestätigt eine Grundannahme des Quantencomputings; Durch die Verdoppelung der Lebensdauer eines Qubits haben Forscher eine Schlüsseltheorie der Quantenphysik bewiesen. „Das ist sehr ermutigend“, schlussfolgern die Studienautoren.
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Titelbild: Geralt