Ein Trio separater Forschungsteams aus drei verschiedenen Kontinenten veröffentlichte gestern einzelne Papiere, die auf ähnliche Durchbrüche im Quantencomputer hinweisen. Alle drei wurden teilweise von der US-Armee finanziert, und jedes Papier scheint ein Volltreffer für die Zukunft des Quantencomputers zu sein.
Aber nur einer von ihnen läutet das Zeitalter der nuklearen Quantencomputer ein .
Es ist verdammt noch mal Zeit
Vielleicht ist es das ganze Konzept der Verschränkung, aber lange Zeit fühlte es sich so an, als ob wir in einem Zustand schweben würden, in dem funktionierende Quantenmaschinen sowohl „gleich um die Ecke“ als auch „Jahrzehnte oder mehr entfernt“ wären.
Aber in den letzten Jahren hat es einen schnelleren Fortschritt hin zu funktionalen Quantensystemen gegeben, als sich die meisten Technologen in ihren kühnsten Träumen hätten vorstellen können.
Unternehmen wie IBM, Microsoft, D-Wave und Google, die hybride Quantensysteme in die Cloud bringen, haben zusammen mit dem erstaunlichen Zeitkristall-Durchbruch des letzteren 2018-2021 zu den Eröffnungsjahren dessen gemacht, was verspricht, ein goldenes Zeitalter für Quantencomputer zu werden.
Trotz dieses erstaunlichen Fortschritts gibt es immer noch Verweigerer, die glauben, dass wir niemals ein wirklich nützliches, voll funktionsfähiges, Qubit-basiertes Quantencomputersystem haben werden.
Der Hauptgrund, den diese Zyniker angeben, ist normalerweise, dass Quantensysteme unglaublich fehleranfällig sind.
Nicht länger?
Die drei neuen Papiere, die gestern veröffentlicht wurden ( hier , hier und hier ), sollten einen großen Beitrag dazu leisten, diese Kritiker zum Schweigen zu bringen, da es jedem von ihnen gelingt, das Fehlerkorrekturproblem im Quantencomputer anzugehen, indem er im Wesentlichen zum Reißbrett zurückkehrt.
Die ersten beiden Teams, eines aus Tokio und eines aus Los Angeles, gingen ähnlich vor, während sich das australische Team für einen anderen Ansatz entschied.
Tatsächlich ist es erwähnenswert, dass alle drei Teams verschiedene Ressourcen gemeinsam genutzt haben, um die Forschung des anderen zu erleichtern.
Das Ergebnis ist, dass jedes Team in der Lage war, ein eigenständiges, siliziumbasiertes Zwei-Qubit-Quantencomputersystem zu bauen, das mit einer Genauigkeit von mehr als 99 % arbeiten kann.
Na und?
Das ist ziemlich cool, aber Dutzende von Quantenforschungszentren, darunter IBMs, Googles und Microsofts, haben alle funktionale Quantengattersysteme mit Dutzenden oder sogar Hunderten von Qubits entwickelt.
IBM und Google zum Beispiel behaupten beide, dass sie den „Quantenvorteil“ erreicht haben, oder den Punkt, an dem ihre Quantencomputersysteme Dinge tun können, die kein normales klassisches Computersystem könnte.
Aber hier im Jahr 2022 sprechen wir nicht davon, einen Schalter umlegen und Quantenberechnungen durchführen zu können. Wir sprechen von hochmodernen Rechensystemen, die enorme Ressourcen erfordern, um unglaublich spezifische Leistungen zu erbringen.
Sie können nicht einfach ein neuronales Netzwerk auf einen Quantencomputer hochladen und erwarten, dass es sich so verhält, als wäre es aufgeladen worden. Die Algorithmen, die wir derzeit auf hochmodernen Quantensystemen ausführen können, ähneln eher super herausfordernden mathematischen Problemen, die immer noch mit klassischen Mitteln verifiziert werden können.
Leider ist es in der Regel kurz und knapp: Je mehr Qubits Sie haben, desto mehr Fehler erhalten Sie.
Die neue Forschung hofft, dies zu lindern, indem sie einen neuen Weg zur Handhabung von Qubit-Operationen schafft und so die Skalierung von Gate-basierten Quantencomputersystemen ermöglicht.
Und im Moment ist die Skalierbarkeit die größte einzelne Hürde, die der Technologie im Weg steht.
Die Lösung?
Es ist eigentlich ziemlich einfach. Alle drei Teams versuchen, Qubits auf einen Siliziumchip zu bringen. Wie John Timmer von Ars Technica gestern betonte, kommt dies unseren derzeitigen technischen Stärken zugute:
Diese Möglichkeit macht mehrere Ergebnisse, die gestern veröffentlicht wurden, interessant. Obwohl es Unterschiede zwischen den drei angekündigten Ergebnissen gibt, haben sie alle eines gemeinsam: hochwertige Qubits, die in Silizium hergestellt werden. Wenn wir schließlich etwas skalieren können, dann sind es siliziumbasierte Technologien.
Am interessantesten fanden wir jedoch die verblüffende Art und Weise, wie es dem australischen Team gelang, ein Paar nahezu fehlerfreier Qubits zu erstellen: Sie wurden nuklear.
In einer Pressemitteilung der University of New South Wales beschrieb Mateusz Madzik, ein Hauptautor der Forschungsarbeit des australischen Teams, wie die Verschränkung eines Elektrons mit den Kernen von zwei Phosphoratomen es ihnen ermöglichte, sie als Qubits zu kontrollieren, ohne Informationen zu verlieren.
Per Madzik:
Wenn Sie zwei Kerne haben, die mit demselben Elektron verbunden sind, können Sie sie dazu bringen, eine Quantenoperation durchzuführen.
Während Sie das Elektron nicht bedienen, speichern diese Kerne sicher ihre Quanteninformationen. Aber jetzt haben Sie die Möglichkeit, sie über das Elektron miteinander sprechen zu lassen, um universelle Quantenoperationen zu realisieren, die sich an jedes Rechenproblem anpassen lassen.
Ist das sicher?
Sicher ist es das. Sie spalten keine Atome oder verschmelzen sie, also besteht wahrscheinlich eine ziemlich nahe Null Chance, dass nichts Schlimmes passieren wird. Wir nutzen Atome, um alle möglichen Dinge zu tun, bei denen nicht ganze Städte in die Luft gesprengt werden müssen.
In diesem Fall nutzt das australische Team eine Funktion der Verschränkung, die es ihnen ermöglicht, die Kommunikation zwischen Qubits zu erzwingen, die normalerweise ihre Informationen entweder horten oder zu schnell für die Verwendung verlieren würden.
Es ist wahrscheinlich genauso sicher wie die Verwendung von Lasern, um Qubits aus Licht zu erzeugen, vielleicht sogar sicherer. Aber die Forscher hoffen, dass es die Grundlage für ein Paradigma ist, das viel einfacher zu skalieren ist als andere Systeme.
Am Ende des Tages sind das alles aufregende Neuigkeiten. Es ist selten, dass ein von Fachleuten begutachteter Durchbruch in der Quantencomputertechnik zu sehen ist, da das Gebiet unglaublich herausfordernd ist. Drei am selben Tag zu bekommen, ist ein Heureka-Moment für sich.
Natürlich könnte es eine Weile dauern, bis sich diese frühen Experimente in vollwertige Quantencomputer verwandeln. Aber wenn wir diese Papiere als Proof-of-Concept für die Zukunft betrachten, sehen die Dinge unglaublich rosig aus.
