Die Quantencomputer-Forschung steht seit Langem vor der Herausforderung der Quantenfehlerkorrektur – ein Problem, das die Entwicklung bahnbrechender Quantencomputer bisher behindert hat. Forscher der Harvard University veröffentlichten am Montag in *Nature* eine Studie, in der sie ein neues System vorstellen, das Fehler unterhalb einer kritischen Leistungsschwelle erkennen und eliminieren kann und damit eine praktikable Lösung für das Problem der Quantenfehlerkorrektur bietet.

Der Hauptautor Mikhail Lukin erklärte: „Wir haben erstmals alle notwendigen Elemente skalierbarer, fehlerkorrigierender Quantencomputer in eine integrierte Architektur integriert. Diese Experimente legen den wissenschaftlichen Grundstein für praktisches großflächiges Quantencomputing.“ In der neuen Studie demonstrierte das Team ein fehlertolerantes System mit 448 atomaren Qubits. Dabei kamen komplexe Techniken wie physikalische und logische Verschränkung, logische Magie und Entropieeliminierung zum Einsatz, um Fehler zu erkennen und zu korrigieren. Zusätzlich wurden Techniken der Quantenteleportation genutzt. Erstautor Dolev Brufstein erklärte, dass die Realisierung von Ultra-Großrechnern zwar viele technische Herausforderungen mit sich bringe, die erste konzeptionell skalierbare Architektur den Bau fehlertoleranter Quantencomputer jedoch zunehmend realisierbar mache.

Dieses von der Harvard University geleitete Kooperationsprojekt, an dem unter anderem das MIT beteiligt war, brachte zahlreiche Forscher zusammen. Die neue Veröffentlichung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Quantenfehlerkorrektur der letzten dreißig Jahre dar. Während herkömmliche Computer Informationen binär kodieren, speichern Quantencomputer Informationen in subatomaren Teilchen, was zu einer Rechenleistung führt, die die herkömmlicher Computer bei Weitem übertrifft. Quantenbits neigen dazu, Informationen zu verlieren, wenn sie ihren Quantenzustand verlassen. Daher ist die Fehlerkorrektur eine zentrale Voraussetzung für Großrechner. Das Forschungsteam entwickelte komplexe Schaltkreise, um Fehler unter einen kritischen Schwellenwert zu reduzieren. Eine der Hauptautorinnen, Alexandra Geim, erklärte, der Fokus liege auf dem Verständnis der Kernmechanismen für skalierbares Deep Circuit Computing, um den Overhead zu reduzieren und schneller praktische Anwendungen zu erreichen. Lukin erklärte, dass jahrelange Experimente einige technische Herausforderungen bewältigt hätten und die Ergebnisse einen Hoffnungsschimmer böten.

Weltweit untersuchen Forscher verschiedene potenzielle Quantenbit-Plattformen. Das Team der Harvard University untersuchte gezielt neutrale Rubidiumatome und nutzte Lasercodierung, um sie in Qubits umzuwandeln. Hartmut Nevin, Vizepräsident für Engineering im Quantum-AI-Team von Google, erklärte, die Veröffentlichung dieser Studie erfolge inmitten eines intensiven Wettbewerbs im Bereich der Quantenbit-Plattformen und markiere einen bedeutenden Durchbruch. Lukin ist überzeugt, dass die Kernelemente für den Bau von Quantencomputern zunehmend verfügbar werden.

Weitere Informationen: Dolev Bluvstein et al., „Fault-Tolerant Neutral Atom Architectures for Universal Quantum Computing“, *Nature* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature*