Das stille Problem im Quantencomputing
Okay, hier ist etwas Verrücktes: Quantencomputer können theoretisch Probleme lösen, für die herkömmliche Computer länger brauchen würden als das Alter des Universums. Aber es gibt einen Haken – und zwar einen großen.
Diese Maschinen sind unglaublich fragil. Sie fallen bereits bei der kleinsten Störung auseinander. Wir reden hier von so subtilen Dingen wie elektromagnetischen Störungen durch Ihr Handy oder sogar von verirrten elektrischen Ladungen, die in der Umgebung umherstreifen.
Stellen Sie es sich so vor, als würden Sie versuchen, einen perfekten Handstand auf einem wackelnden Trampolin zu machen, während Ihnen jemand zufällige Zahlen ins Ohr flüstert. So sieht Quantencomputing von innen aus.
Der Superfluid-Helium-Qubit
Forscher an der Universität Surrey haben gerade etwas Faszinierendes veröffentlicht. Sie haben eine völlig neue Art von Qubit entworfen – der Basiseinheit für Quanteninformation – unter Verwendung von sogenanntem superfluidem Helium-3.
Superfluides Helium ist bereits ziemlich seltsam. Es ist Helium, das auf nahezu den absoluten Nullpunkt abgekühlt ist, wo es zu einer Flüssigkeit wird, die ohne jegliche Reibung fließen kann. Es kriecht Wände hinauf, entkommt Behältern und verhält sich auf eine Weise, die Physiker vor Begeisterung nerdig werden lässt.
Aber hier kommt der wirklich clevere Teil: Dieses superfluide Helium ist ladungneutral. Im Gegensatz zu den supraleitenden Qubits, die in den meisten heutigen Quantencomputern verwendet werden, trägt es keine elektrische Ladung.
Sie wissen, wie Ihre Haare an einem Ballon kleben bleiben, wenn statische Elektrizität im Spiel ist? Das ist elektrische Ladung, die Ärger macht. Dieselbe Art von Störung stört heutige Quantencomputer ständig. Indem man etwas mit null Ladung verwendet, glaubt das Team aus Surrey, dass ihr Design diese Probleme natürlich umgehen könnte.
Sie nennen ihre Erfindung SHOQ-Gerät – was ehrlich gesagt klingt, als sollte es ein Superheld oder ein besonders aggressives Workout-Programm sein. (Superfluid Helium Oscillator Quantum, falls Sie neugierig sind.)
Warum 100-mal weniger Fehler entscheidend sind
Die Forscher haben berechnet, dass ihr Design Fehlerquoten haben könnte, die etwa 100-mal niedriger sind als bei heutigen supraleitenden Qubits.
Lassen Sie mich das in Perspektive setzen. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, eine Nachricht zu texten, aber jeder 100. Buchstabe wird zufällig geändert. Nervig, oder? Nun stellen Sie sich vor, nur jeder 10.000. Buchstabe würde sich ändern. Das ist der Unterschied.
Das ist enorm wichtig für die Skalierbarkeit – die Fähigkeit, größere und leistungsfähigere Quantencomputer zu bauen. Derzeit wird die Fehlerkontrolle exponentiell schwieriger, wenn man einem System mehr Qubits hinzufügt. Es ist wie beim Jonglieren, während man immer mehr Bälle hinzufügt; irgendwann fällt etwas runter.
Wenn das SHOQ-Gerät auch nur annähernd das liefert, was die Mathematik vorhersagt, könnte es die gesamte Roadmap für Quantencomputing verändern.
Kein Ersatz – ein Teamkollege
Hier ist etwas, das mir an dieser Forschung gefällt: Das Team schlägt nicht vor, dass superfluides Helium die bestehende Quantenhardware ersetzen wird. Stattdessen stellen sie sich vor, dass verschiedene Qubit-Typen zusammenarbeiten.
Dr. Eran Ginossar hat es schön ausgedrückt: „Wir brauchen nicht unbedingt einen Qubit-Typ, um alles zu erledigen.“
Stellen Sie sich einen Quantencomputer vor, in dem supraleitende Qubits die rechenintensiven Berechnungen durchführen, während superfluide Helium-Qubits Informationen sicher speichern – wie ein Quantenspeicher. Jeder tut das, was er am besten kann.
Dieser hybride Ansatz fühlt sich realistisch an. Wir warten nicht auf eine perfekte Technologie, die uns alle rettet; wir bauen ein Team von Spezialisten.
Was als Nächstes passiert?
Das Team baut nun einen Prototyp, um zu testen, ob diese Vorhersagen in der realen Welt standhalten. Sie werden die Dinge extrem kalt halten müssen – aber das wurde mit superfluidem Helium-3 in anderen Experimenten bereits zuvor getan.
Ein lustiges Detail: Professor Jens Koch von der Northwestern University, der an der Entwicklung des Transmon-Qubits (eines der heute