Die Quantencomputer des Caltech haben aufgrund ihrer Fähigkeit, anspruchsvolle Probleme in Physik, Chemie und anderen Bereichen zu lösen, große Aufmerksamkeit erregt. Dies ist vor allem auf die Verwendung einer großen Anzahl von Qubits zurückzuführen. Im Gegensatz zu klassischen Bits besitzen Qubits Superpositionseigenschaften, d. h., sie können gleichzeitig in zwei Zuständen existieren. Diese Eigenschaft verschafft Quantencomputern einen Vorteil bei komplexen Berechnungen, offenbart aber auch ihre Anfälligkeit. Um diese Einschränkung zu überwinden, arbeiten Forscher an der Entwicklung von Quantencomputern mit zusätzlichen redundanten Qubits zur Fehlerkorrektur. Aus diesem Grund benötigen leistungsstarke Quantencomputer Hunderttausende von Qubits.

Physiker am Caltech haben kürzlich bedeutende Fortschritte auf diesem Gebiet erzielt und erfolgreich das bisher größte Qubit-Array erzeugt. Sie fingen 6.100 neutrale Atom-Qubits mithilfe von Lasern in einem Gitter ein. Dieser Erfolg ist ein wichtiger Schritt hin zum großflächigen Einsatz von Quantencomputern, da frühere ähnliche Arrays nur wenige hundert Qubits umfassten. Die Forschungsarbeit wurde von Professor Manuel Endress geleitet, wobei die drei Doktoranden Hannah Manechi, Yukihira Nomura und Elie Bataille die experimentellen Arbeiten federführend durchführten.

Das Forschungsteam nutzte optische Pinzetten, um Tausende einzelner Cäsiumatome in einem Gitter einzufangen und so ein Atomarray zu erzeugen. Experimente zeigten, dass die Forscher selbst mit über 6.000 Qubits im Array diese etwa 13 Sekunden lang in einem Superpositionszustand halten und gleichzeitig einzelne Qubits mit einer Genauigkeit von 99,98 % manipulieren konnten. Darüber hinaus demonstrierte das Team, dass Atome innerhalb des Arrays um Hunderte von Mikrometern bewegt werden können, ohne die atomare Superposition zu verlieren – eine Eigenschaft, die für eine effiziente Quantenfehlerkorrektur entscheidend ist.

„Quantencomputer müssen Informationen so kodieren, dass Fehler toleriert werden“, sagte Bataille. „Unsere Forschung zeigt, dass neutrale Atome vielversprechende Kandidaten für die Quantenfehlerkorrektur sind.“ Die Forscher planen, die Qubits im Array in einen verschränkten Zustand zu versetzen, sodass die Teilchen miteinander korreliert sind. Dies soll ein vollständiges Quantencomputing ermöglichen, das das Verhalten der Natur selbst simuliert.

Weitere Informationen: Manetsch, HJ, Nomura, G., Bataille, E., et al. Tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits, Nature (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature