Der Dark Horse des Quantencomputings wird universell, das DOE setzt eine Frist für 2028

Das Ergebnis stammt von der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago, aus Harvard, der Stony Brook University und von Quantinuum. Es erschien in Nature, ScienceDaily berichtete am 25. September. Das Team erzeugte nicht-abelsche Anyonen in einem verschränkten Ionenkreis mit 54 Qubits und manipulierte sie. Dann verband es zwei Operationen, Braiding und Fusion, und zeigte, dass der Ansatz jeden Quantenalgorithmus tragen kann.

Das ist wichtig, weil Quantencomputer empfindlich sind. Normalerweise schützen Ingenieure Informationen, indem sie sie über viele physikalische Qubits verteilen. Diese fehlerkorrigierten Codes liefern aber nicht jede Operation, die man für allgemeine Berechnungen braucht. Die übliche Lösung sind spezielle "magic states", die durch ein Reinigungsverfahren namens Destillation hergestellt werden. Es kann einen großen Teil der Qubits einer Maschine verbrauchen.

"Wir haben ein sogenanntes universelles Gatterset gezeigt, das heißt: Wenn man Information in diesen emergenten Versionen von Quarks speichert und sie herumbewegt, kann man jede gewünschte Quantenberechnung ausführen", sagte Ruben Verresen, Assistenzprofessor für Molekulartechnik an der UChicago PME und Mitautor, laut ScienceDaily.

Nicht-abelsche Anyonen gibt es nicht als eigenständige Teilchen. Wissenschaftler bauen sie, indem sie viele gewöhnliche Qubits zu einem kollektiven Zustand verschränken, der sich wie ein neues Teilchen mit eigenen Regeln verhält. Jedes Anyon trägt einen inneren Zustand, der sich ändert, wenn man eines um ein anderes bewegt, und die Reihenfolge dieser Bewegungen trägt die Information. 2024 erzeugte ein Team mit Verresen Anyonen, die an eine Symmetriegruppe namens D4 gebunden waren, auf einer Maschine von Quantinuum. Braiding allein deckte jedoch nicht jede Operation ab.

"Nicht-abelsche Codes sind ein Dark Horse im Rennen um die Quantenfehlerkorrektur", sagte Henrik Dreyer, Geschäftsführer und wissenschaftlicher Leiter von Quantinuums Münchner Büro und Mitautor. "In dieser Arbeit zeigen wir das erste universelle Gatterset in einem nicht-abelschen Code. Das belegt, dass fehlertolerante Berechnungen prinzipiell ohne Magic-State-Destillation oder -Kultivierung möglich sind."

Das neue Experiment wechselte zu einer Symmetriegruppe namens S3, den Drehungen und Spiegelungen, die ein gleichseitiges Dreieck unverändert lassen, und lief auf 54 verschränkten Qubits. Die ScienceDaily-Ausgabe vom 27. September führt die Arbeit unter den Quantencomputing-News der Woche.

Washington setzt ein Datum für nutzbare Maschinen

Am 27. September veröffentlichte Fermilab den Bericht des SCAC Quantum Committee des Energieministeriums, "Path to an Integrated Quantum Future". Der Bericht entstand unter Leitung eines Unterausschusses, dem Anna Grassellino, Technikvorstand von Fermilab, vorsitzt, und dem Supratik Guha, Professor an der University of Chicago, als Stellvertreter angehört. Er legt einen an Meilensteinen ausgerichteten Weg fest, um bis 2028 einen wissenschaftlich relevanten, fehlerkorrigierten Quantencomputer zu zeigen, und skizziert eine langfristige Vision für eine eigene Quantum Computing User Facility.

Seine drei Phasen reichen von wettbewerblichen "Quantum Grand Challenges" zwischen 2026 und 2028 über die Planung der Nutzereinrichtung bis zu einer integrierten Quantenzukunft ab 2030. Das Dokument argumentiert, Erfolg müsse an wissenschaftlichem Nutzen gemessen werden, nicht an Qubitzahlen, und das DOE solle technologieneutral bleiben.

Die Fahrpläne der Industrie laufen bereits auf ähnliche Fristen zu. IBM erklärte am 19. August, zwei kryogene Module verbunden und in einer gemeinsamen Umgebung abgekühlt zu haben, ein Schritt hin zur Verknüpfung hunderter Quantenchips. Die Module sind mehr als 8 Fuß hoch und breit, kühlen in weniger als fünf Tagen auf 4 Kelvin ab und erreichen kurz danach unter 15 Millikelvin, so die Ankündigung des Unternehmens. IBM will bis 2027 mehrere Prozessoren zu einer Maschine mit mindestens 1.000 programmierbaren Qubits verbinden, auf dem Weg zum fehlertoleranten IBM Quantum Starling im Jahr 2029.

Auch die Zahl logischer Qubits bewegt sich. Interesting Engineering berichtete, Infleqtions Maschine Sqale habe 30 verschränkte logische Qubits mit 80 physikalischen Qubits gezeigt. Laut dem Unternehmen ist sie damit das erste Neutralatom-System, das diese Marke auf einer kommerziellen Plattform erreicht. CEO Matt Kinsella sagte, das Unternehmen strebe bis 2028 100 logische Qubits an.

Simulation und Orbit

Quantenhardware wird auch auf physikalische Probleme angesetzt. ScienceDaily berichtete am 26. September, ein von Duke geführtes Team habe mit einem Quantensimulator aus 13 Ionen das String Breaking nachgebildet, einen Prozess, der mit der Teilchenbildung im frühen Universum zusammenhängt. Die Arbeit erschien am 23. September in Nature Physics. Christopher Monroe, der die Forschung leitete, sagte, Quantensimulationen seien die beste verfügbare Plattform, um die Entstehung von Materie zu untersuchen, solange man den Urknall nicht beobachten kann.

Abseits des Labors berichtete The Next Web am 28. September, das indische Start-up TakeMe2Space werde seinen Satelliten MOI-1A am 1. Oktober auf einem Rideshare-Flug von SpaceX starten. Das Unternehmen nennt ihn Indiens ersten Satelliten für Computing im Orbit. Er trägt Nvidia-Orin-NX-Edge-Chips und etwa 150 Watt Leistung, 23 Kunden sind gebucht. Er ersetzt MOI-1, der am 12. Januar verloren ging, als die dritte Stufe von ISROs PSLV-C62 versagte.

Die beiden Stränge, bessere Fehlerkorrektur und staatlich gesetzte Fristen, teilen sich nun einen Kalender. Ob die Physik diesen Zeitplan einhält, ist die offene Frage.