Mehr Qubits allein helfen nicht

Bei der Berechnung des Quantenvolumens als Benchmark fließt nicht nur die Zahl der Qubits und die Wahrscheinlichkeit von Fehlern beim Auslesen eines einzelnen Qubits mit ein, sondern auch die Fehler zur Herstellung der nötigen Verbindungen entstehen. Immerhin lässt sich mathematisch zeigen, dass die Anzahl der nötigen Operationen zur Simulation eines vollständig verbundenen Systems nur linear mit der Zahl der Qubits steigt.

Die Anforderungen an die Fehlerfreiheit steigen also mit der Größe des Systems, aber nicht unkontrolliert. Trotzdem reicht die bloße Steigerung der Zahl der Qubits in einem Quantenrechner nicht automatisch aus, um komplexere Berechnungen zu ermöglichen. Eine geringere Fehleranfälligkeit der Operationen kann dagegen ganz ohne zusätzliche Qubits dazu führen, dass mehr Operationen durchgeführt werden können, ohne das Resultat zu verfälschen.

Dass die Technik noch ganz am Anfang steht, zeigt sich vor allem in einem Parameter, der noch völlig fehlt. Die Zeit, die zu einer Rechnung benötigt wird, spielt in dem Benchmark keine Rolle. Er soll nur erfassen, welche Komplexität die möglichen Rechnungen mit einer gegebenen Fehlerrate erreichen können, nicht wie schnell sie durchgeführt werden können.

IBM gibt noch keine technischen Details bekannt

Die Fehlerraten bei Manipulationen an einzelnen Qubits liegen bei dem 5-Qubit-Rechner im Bereich von 0,3 Prozent. Wenn zwei Qubits an einer Manipulation beteiligt sind, wie beim Swap Gate, dann steigen die Fehlerraten auf etwa 3,5 Prozent. Das bloße Auslesen des kompletten Zustandes aller fünf Qubits ist mit 80 Prozent Wahrscheinlichkeit erfolgreich.

Beim neuen 16-Qubit-Rechner sind die Qubits in zwei parallelen Gruppen von acht Qubits angeordnet. Es sind die runden Strukturen an den Rändern des Chips im Titelbild. Der Rest des Chips dient dazu, die Verbindungen zwischen den Qubits herzustellen, und realisiert die Gates, also die Manipulationen an den Qubits. Über die Anordnung der Qubits in dem 17-Qubit-Rechner schweigt IBM derzeit auch auf Anfrage genauso, wie über alle Angaben zur Auslesequalität und den zusätzlichen Fehlern durch die Gates. Die technischen Angaben sollen erst später in einer wissenschaftlichen Arbeit veröffentlicht werden, sobald diese das Peer Review durchlaufen hat.