Quantinuum & Oxford Ionics: Zwei neue Quantenprozessoren brechen Rekorde
Quantencomputer gelten für einige Anwendungen als revolutionäres Werkzeug – einlösen konnten sie dieses Versprechen bislang nicht. Der Grund dafür ist ihre Instabilität: Die verwendeten Qubits verlieren mit der Zeit ihren Zustand, was als Dekohärenz bezeichnet wird. Begegnen lässt sich dem Problem entweder mit Fehlerkorrektur durch mehr Qubits oder stabileren Qubits. Letzteren Ansatz verfolgen Quantinuum und Oxford Ionics, die jüngst beide neue Rekorde vermeldeten.
Quantinuums jüngst vorgestellter Chip H2-1(öffnet im neuen Fenster) mit 56 Qubits hat nach Angabe des Unternehmens in einer Vorveröffentlichung bei Arxiv(öffnet im neuen Fenster) beim Random Circuit Sampling (RCS) einen neuen Genauigkeitsrekord aufgestellt. Bei RCS simuliert ein Quantencomputer einen anderen Quantenschaltkreis – ein umstrittener Benchmark (g+) , mit dem Google erstmals 2019 Quantenüberlegenheit für seinen Sycamore-Prozessor reklamierte.
Bei RCS handelt es sich um statistisches Sampling. Es werden viele, möglicherweise fehlerhafte Simulationsergebnisse des Quantenprozessors gesammelt und damit auf das korrekte Ergebnis geschlossen. Dabei produzierte der H2-1 deutlich bessere Ergebnisse: Bei einer Tiefe von zwölf Quantengattern und Verwendung aller 56 Qubits soll er mit einer Wahrscheinlichkeit von 35 Prozent ein korrektes Ergebnis liefern.
Allerdings hat Quantinuum nur mit 40 Qubits tatsächlich gemessen. Dennoch liegt dieser sogenannte XEB-Score deutlich höher als bei Sycamore, der laut Quantinuum(öffnet im neuen Fenster) nur bei 0,2 Prozent der Simulationen richtig lag. Die Anzahl für die Simulation benötigter Samples würde damit deutlich sinken.
Oxford Ionics will die stabilsten Qubits haben
Übertreffen könnte das noch Oxford Ionics. Das Unternehmen verkündet(öffnet im neuen Fenster) für einen Prototyp seiner Quantenprozessorarchitektur sagenhaft anmutende Stabilitätswerte: Die einzelnen Qubits sollen eine Fidelität(öffnet im neuen Fenster) von 99,9992 Prozent haben, für Zwei-Qubit-Gatter soll sie bei 99,97 Prozent liegen.
Das bedeutet, dass ein Quantenschaltkreis über einen längeren Zeitraum Werte halten und mehr Gatter durchlaufen werden können, bevor die Ergebnisse zu unzuverlässig werden. Zum Vergleich: Quantinuum gibt hier Werte von 99,997 und 99,87 Prozent(öffnet im neuen Fenster) an.
Sind gefangene Ionen die Zukunft?
Beide Unternehmen setzen auf gefangene Ionen (Trapped Ions). Quantinuum nutzt Ytterbium in Kombination mit Barium als Kühlionen zur Verbesserung der Stabilität (beschrieben etwa in dieser Veröffentlichung, PDF(öffnet im neuen Fenster) ). Oxford Ionics hingegen verwendet Calcium-Ionen.
Auch der Aufbau der Chips unterscheidet sich: Quantinuum nutzt ein Racetrack-Design (beschrieben in der oben verlinkten Vorveröffentlichung), bei dem die Ionen ringförmig angeordnet sind. Die Qubits werden durch Austausch der Zustände der einzelnen Ionen durch den Ring bewegt, um sie in die vier sogenannten Gatterzonen zu bringen. Über die können ihre Zustände manipuliert und gelesen werden. Oxford Ionics hingegen sperrt die Ionen in einem 2D-Gitter ein (auch hier gibt es eine Vorveröffentlichung bei Arxiv(öffnet im neuen Fenster) ). Sie werden einzeln mittels elektromagnetischer Felder manipuliert. Das Unternehmen hebt hervor, dass der Chip rein mit gängiger Halbleitertechnologie gefertigt wurde, was eine einfache Skalierung und kostengünstige Fertigung erlauben soll.
Während Quantinuum bereits ein fertiges Produkt anbietet, hat Oxford Ionics bislang lediglich einen Test-Chip mit 10 Qubits realisiert. Als nächstes Ziel hat sich das Unternehmen einen Chip mit 256 Qubits gesetzt. Das klingt zwar nicht rekordverdächtig, schließlich gibt es bereits aktuell Quantenprozessoren mit mehr als der vierfachen Anzahl an Qubits . Kann das Unternehmen die Skalierung aber ohne Einbußen bei der Genauigkeit realisieren, verspricht das aber eine interessante Entwicklung.