Vor vier Jahren verkündete das Team von Google Quantum AI, dass ihr Quantencomputer klassische Rechner übertreffen könne – allerdings nur bei einer speziellen Aufgabe ohne praktische Anwendungen. Erst kürzlich vermeldete Google, einen Durchbruch erreicht zu haben, was die Fehlerkorrektur in Quantencomputern angeht.

Nun geht Wettbewerber IBM einen Schritt weiter und behauptet, dass Quantencomputer bereits in zwei Jahren das Zeug dazu haben werden, gewöhnliche Rechner in nützlichen Aufgaben wie der Berechnung von Materialeigenschaften oder der Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen zu übertreffen. In einem Experiment, das in der Zeitschrift Nature beschrieben wird, soll dem Unternehmen das bereits gelungen sein.

In dem Proof-of-Principle-Experiment simulierten die Forscher:innen das Verhalten eines magnetischen Materials auf dem IBM-Eagle-Quantenprozessor. Dabei gelang es ihnen, das größte Hindernis für den Erfolg dieser Technologie, das Quantenrauschen, zu umgehen und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.

Bei der Simulation von Materialkomponenten, einer Aufgabe, die klassische Computer nicht effizient bewältigen können, ist in heutigen Quantensystemen ein gewisses Rauschen unvermeidbar. Dieses Rauschen führt zu einer Vielzahl von Fehlern, die die Leistung beeinträchtigen. Zurückzuführen ist es auf die Empfindlichkeit von Quantenbits oder Qubits gegenüber Umwelteinflüssen.

Die Forscher:innen beschlossen, die Fehler zu reduzieren, statt sie zu korrigieren. Insbesondere diese neuartigen, Fehler reduzierenden Techniken ermöglichten es dem Team bei dem neuen Experiment, Quantenberechnungen „in einer Größenordnung durchzuführen, in der klassische Computer Schwierigkeiten haben“, sagt Katie Pizzolato, Leiterin der Quantentheorie­gruppe von IBM in Yorktown Heights, New York.

Das Forscher:innenteam nutzte den IBM-Quantenprozessor Eagle, der 127 supraleitende Qubits auf einem Chip enthält, um komplexe verschränkte Zustände zu erzeugen. Diese Zustände wurden verwendet, um die Dynamik von Spins in einem Materialmodell zu simulieren und präzise Eigenschaften wie Magnetisierung vorherzusagen.

IBMs Durchbruch zeigt zum ersten Mal, dass Quantencomputer mit einer Leistung von mehr als 100 Qubits genaue Ergebnisse liefern können, die die führenden klassischen Ansätze übertreffen. Klassische Computer auf Basis von Siliziumchips verwenden Bits, die nur einen von zwei Werten annehmen können: 0 oder 1. Im Gegensatz dazu nutzen Quantencomputer Quantenbits oder Qubits, die viele Zustände gleichzeitig annehmen können.

„Es macht optimistisch, dass dies auch in anderen Systemen und bei komplexeren Algorithmen funktionieren kann“, sagte John Martinis, ein Physiker an der University of California in Santa Barbara, der das Google-Team 2019 zu seinem Meilenstein führte, gegenüber Nature News.