Suprafluides Qubit-Design, eine DOE-Roadmap und ein universelles Gatterset

Der Vorschlag heißt Superfluid Helium Oscillator Quantum device, kurz SHOQ, und nutzt ladungsneutrales suprafluides Helium-3. Weil das Helium keine elektrische Ladung trägt, sei das Design von Natur aus gegen einen Teil des elektromagnetischen Rauschens abgeschirmt, das supraleitende Schaltkreise stört. In der Arbeit in npj Quantum Information heißt es, dies sei der erste beschriebene Qubit-Entwurf auf Basis einer Supraflüssigkeit. ScienceDaily brachte die Zusammenfassung am 1. Oktober.

„Wir sind nicht die Ersten, die über die einzelnen Komponenten hinter dieser Idee nachgedacht haben, aber wir haben sie zum ersten Mal in einem mikrofluidischen Bauteil zusammengeführt und die konkreten Details ausgearbeitet, die das Bauteil als Qubit funktionsfähig machen könnten", sagte Priya Sharma, Daphne Jackson Fellow für hybride Quantensysteme in Surrey und Erstautorin der Studie, laut dem Beitrag von ScienceDaily.

Sharma ergänzte, die Mathematik lege nahe, dass es funktionieren sollte, und der nächste Schritt sei ein Prototyp. Ein Prototyp wurde nicht gebaut. Dieser Unterschied zählt: Die Zahl von 100-mal ist eine Rechnung, keine Messung, und in den Unterlagen findet sich keine unabhängige Bestätigung dafür.

Drei Ergebnisse in acht Tagen, und keines ist sich über den Weg einig

Das Design aus Surrey ist eines von mehreren Quantencomputing-Ergebnissen in den Unterlagen, die zwischen dem 23. September und dem 1. Oktober liegen. Am 25. September berichtete ScienceDaily über Arbeiten der University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering, von Harvard, der Stony Brook University und Quantinuum. Auf dem H2-Prozessor von Quantinuum zeigten 54 Qubits ein universelles Gatterset aus nicht-abelschen Anyonen. Die Arbeit erschien in Nature. Das Team kombinierte Braiding und Fusion, also Operationen, die Braiding allein nicht liefern konnte.

Henrik Dreyer, Managing Director und wissenschaftlicher Leiter des Münchner Büros von Quantinuum und Mitautor, nannte nicht-abelsche Codes in Kommentaren gegenüber ScienceDaily „ein dunkles Pferd im Rennen um die Quantenfehlerkorrektur". Er sagte, die Arbeit zeige erstmals ein universelles Gatterset in einem nicht-abelschen Code, und fehlertolerantes Rechnen könne prinzipiell ohne Magic-State-Distillation oder -Kultivierung ablaufen. Diese beiden Schritte seien die teuersten Operationen in Standard-Codes zur Fehlerkorrektur, so Dreyer.

Ruben Verresen, Assistant Professor an der UChicago PME und Mitautor, beschrieb den Ansatz nüchterner: „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." Derselbe ScienceDaily-Bericht datiert auf den 25. September.

Am 30. September veröffentlichte Caltech dann Ergebnisse in Nature. Gemessen wurden Energieniveaus, die die Ising- und die trikritische Ising-konforme Feldtheorie vorhersagen, Verhältnisse, die Theoretiker rund 40 Jahre lang berechnet hatten, ohne direkte experimentelle Bestätigung. Jason Alicea, William K. Davis Professor of Theoretical Physics am Caltech, sagte, die Energieniveaus „kodieren tiefgehende Informationen über die Theorien selbst". Die Arbeit nutzte lasergefangene neutrale Atome als Quantensimulator, nicht als universellen Quantencomputer.

Xiangkai Sun, Doktorand im Endres-Labor und einer der beiden Erstautoren, brachte die Verschiebung auf den Punkt: „In den vergangenen 10 Jahren haben die Leute gelernt, diese Systeme zu kontrollieren, und jetzt sind wir an dem Punkt, an dem wir sie für grundlegende physikalische Forschung nutzen können." ScienceDaily veröffentlichte diesen Bericht am 30. September.

Dazu kommen die Universitäten Kyoto und Hiroshima. Deren Forscher führten eine verschränkte Messung vor, die 3-Photonen-W-Zustände identifiziert. Diese Fähigkeit fehlte seit dem Vorschlag der entsprechenden Messung für GHZ-Zustände vor mehr als 25 Jahren. Korrespondenzautor Shigeki Takeuchi sagte, dem Team sei es „endlich gelungen, auch für den W-Zustand die verschränkte Messung zu erhalten, mit echter experimenteller Demonstration für 3-Photonen-W-Zustände". ScienceDaily berichtete am 29. September darüber.

Washington will Nutzen, nicht Qubit-Zahlen

Auch die politische Ebene bewegte sich. Fermilab veröffentlichte am 27. September den SCAC Quantum Committee Report. Er beschreibt einen meilensteinbasierten Weg, um den wissenschaftlichen Nutzen von Quantencomputing zu belegen, mit dem erklärten Ziel einer wissenschaftlich relevanten, fehlerkorrigierten Maschine bis 2028 und der langfristigen Vision einer eigenen Quantum Computing User Facility. Anna Grassellino, Chief Technology Officer von Fermilab, leitete das Unterkomitee; Supratik Guha von der University of Chicago's Pritzker School of Molecular Engineering war stellvertretender Vorsitzender. Der Fermilab-Hinweis besagt, der Bericht stütze sich auf Beiträge von Hunderten Mitwirkenden aus nationalen Labors, Hochschulen, Industrie und Bundesbehörden.

Der Bericht argumentiert, Erfolg solle am wissenschaftlichen Nutzen gemessen werden und nicht an Hardware-Benchmarks. Zu den genannten Anwendungen gehören die Vorhersage molekularer Eigenschaften für die Wirkstoffentwicklung, das Design von Katalysatoren, die Simulation fusionsrelevanter Materialien und die Modellierung der Physik des frühen Universums. Das Department of Energy setzt auf Integration: Quantenprozessoren, die in hybride klassisch-quantische Arbeitsabläufe eingebunden werden, zusammen mit seinen Hochleistungsrechenzentren und bestehenden Nutzereinrichtungen.

Zwischen der Physik und der Politik liegt ein weniger glamouröses Problem. Ein am 28. September auf arXiv veröffentlichtes Preprint von Hoang Pham Cong und Ho Viet Duc Luong definiert den Entscheidungswert von Wahrnehmungsrechenleistung. Die Autoren kommen zu dem Ergebnis, dass bessere Wahrnehmung nicht zuverlässig zu besseren nachgelagerten Entscheidungen führt. Beim Test eingesetzter monokularer Geometrie auf KITTI und nuScenes berichten sie, dass 34 bis 54 Prozent der Eskalationen, die den nachgelagerten Verlust verändern, ihn verschlechtern. Wählt man unter einsetzbaren Signalen nach dem Wahrnehmungsgewinn bei verpassten Objekten statt nach dem Entscheidungswert, sinkt der realisierte Testentscheidungsgewinn um durchschnittlich 7,4 Prozent des Verlusts im Billigstfall, schreiben sie. Die Arbeit stammt aus dem maschinellen Lernen, nicht aus der Quantenwelt, doch sie trifft dieselbe Frage, die die DOE-Roadmap aufwirft: Was gilt als nützliches Ergebnis.

Kommerzielle Ebene und Anwendungsebene bewegen sich weiter

Am 1. Oktober erklärte Q/C Technologies, mit dem Center for Integrated Nanotechnologies an den Sandia National Laboratories an nanophotonischen Komponenten für seine optische Recheneinheit für KI-Inferenz zusammenzuarbeiten. HPCwire brachte die Ankündigung am selben Tag. Joshua Silverman, Executive Chairman des Unternehmens, nannte den Zugang zur Photonik-Expertise von CINT „einen wichtigen Schritt", während das Unternehmen seine Plattform entwickelt. Zu den erklärten Projektzielen gehören nichtlineare Operationen, Speicher, Präzision, optische Verluste und die Integration mit elektronischen Systemen, also eine Liste ungelöster Probleme und keine Produktspezifikation.

Quantum Space wiederum führte einen Arbeitsauftrag zur Raumfahrzeugverarbeitung mit All Points Logistics für seine Prime-Mission aus, wie SpaceNews am 30. September berichtete. Prime ist ein Pfadfinder für die Plattformen Ranger und Scout des Unternehmens, hat ein Systems Integration Review abgeschlossen und zielt auf einen Start in der zweiten Hälfte von 2027 von der Vandenberg Space Force Base. Kerry Wisnosky, Präsident von Quantum Space, sagte, die Vereinbarung umfasse Reinraumkapazitäten, Treibstoffversorgung, Sicherheit am Startplatz und Betriebsprüfungen, Bodenunterstützung und den Transport zur Integrationsanlage für die Startrakete.

Zwei ältere Punkte in den Unterlagen taugen eher als Hintergrund denn als Nachricht. Google DeepMind beschrieb am 23. September, wie das Unternehmen persistenten, verschlüsselten serverseitigen Speicher in seine Plattform Private AI Compute bringen will, wobei die kryptografischen Schlüssel auf den Geräten der Nutzer liegen. Und Quanta Magazine berichtete am 23. September über Arbeiten des Princeton-Chemikers Gregory Scholes. Ihnen zufolge können komplexe klassische Netzwerke quantenähnliches Verhalten mathematisch nachahmen, ohne quantisch zu sein, eine Aussage, die neben den obigen Hardware-Meilensteinen unbequem steht.

Über die acht jüngsten Quellen hinweg ist das Muster gleichbleibend: Designs, Simulationen und Gattersets kommen schneller voran, als sich für eines von ihnen zeigen lässt, dass es eine bestehende Maschine bei einem lohnenden Problem schlägt. Die Zahl von 100-mal aus Surrey ist die auffälligste der Woche. Sie ist zugleich die am wenigsten geprüfte.