Große siliziumbasierte Quantenprozessoren rücken in greifbare Nähe. Unter der Leitung von Professor Andrea Morello von der University of New South Wales (UNSW) arbeitete ein Team von Forschenden in den USA, Japan, Ägypten sowie an der technischen Universität Sydney und der Universität von Melbourne am Bau von Quantengeräten auf Siliziumbasis, die mit der derzeitigen Halbleiterfertigungstechnologie kompatibel und dabei hochzuverlässig sind.

„Die heutige Veröffentlichung zeigt, dass unsere Operationen zu 99 Prozent fehlerfrei waren“, sagt Professor Andrea Morello und ergänzt: „Wenn die Fehler so selten sind, ist es möglich, sie zu erkennen und zu korrigieren, wenn sie auftreten. Das zeigt, dass es möglich ist, Quantencomputer zu bauen, die groß genug sind und genug Leistung haben, um sinnvolle Berechnungen durchzuführen.“

Dabei bestehe das eigentliche Ziel seines Teams darin, einen „universellen Quantencomputer“ zu bauen, der nicht auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten ist. „Diese Forschungsarbeit ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg dorthin“, ist Morello sicher, denn Quantenoperationen mit 99 Prozent Genauigkeit seien der Schlüssel zu praktischen Quantencomputern.

Die Arbeit des Teams um Professor Morello ist eine von drei heute im Wissenschaftsjournal Nature veröffentlichten Arbeiten, die unabhängig voneinander bestätigen, dass robuste, zuverlässige Quantencomputer in Silizium möglich sind. Dabei sind die Ansätze durchaus im Detail unterschiedlich.

Morellos Ansatz erlaubt es, die Quanteninformation in Silizium 35 Sekunden lang zu bewahren. Das sei in der Quantenwelt „eine Ewigkeit“, so der Professor: „Zum Vergleich: Bei den berühmten supraleitenden Quantencomputern von Google und IBM beträgt die Lebensdauer etwa hundert Mikrosekunden – fast eine Million Mal kürzer.“

Der Nachteil bisher: Sobald mehr als ein Silizium-Qubit mit einem weiteren als logisches Gatter wechselwirken sollte, sank die Fehlertoleranz unter 99 Prozent. Ein Wert von über 99 Prozent Genauigkeit gilt aber als Schwelle, oberhalb der es möglich ist, Fehler schneller zu korrigieren als sie auftreten.

Diesen Nachteil haben die Forschenden nun damit beseitigt, dass sie die Qubits mit Elektronen kombinieren. „Wenn man zwei Kerne hat, die mit demselben Elektron verbunden sind, kann man sie dazu bringen, eine Quantenoperation auszuführen“, sagt Mateusz Mądzik, einer der Hauptautoren des Experiments. Vereinfacht ausgedrückt, „sprechen“ die Kerne über das Elektron miteinander. So könnten laut Madzik „universelle Quantenoperationen“ realisiert werden, „die an jedes Rechenproblem angepasst werden können.“

Alles Weitere sei mehr oder weniger Handwerk. Denn die Herausforderung bestehe lediglich darin, Quantenlogik-Operationen mit ausreichend hoher Genauigkeit abwickeln zu können. „Dies ist wirklich eine bahnbrechende Technologie“, bestätigt Morellos Kollege Serwan Asaad.