Die hybride Quantenfehlerkorrekturtechnik integriert kontinuierliche und diskrete Variablen

Eine große Herausforderung bei der Realisierung von Quantencomputern ist die Entwicklung der Quantenfehlerkorrekturtechnologie. Diese Technologie bietet eine Lösung zur Behebung von Fehlern, die im Qubit, der Grundeinheit der Quantenberechnung, auftreten, und verhindert, dass diese während der Berechnung verstärkt werden.

Ohne Quantenfehlerkorrektur wäre es für Quantencomputer unmöglich, ihre klassischen Gegenstücke zu übertreffen, und daher werden weltweit Anstrengungen unternommen, diese Technologie voranzutreiben.

Das Forschungsteam von Dr. Seung-Woo Lee am Quantum Technology Research Center des Korea Institute of Science and Technology (KIST) hat die weltweit erste hybride Quantenfehlerkorrekturtechnik für diskrete Variablen (DV) und kontinuierliche Variablen (CV) entwickelt und entworfen eine fehlertolerante Quantencomputerarchitektur basierend auf Hybridtechnik.

Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch PRX Quantum.

Qubits, die eine Quantenfehlerkorrektur implementieren, werden logische Qubits genannt und können auf zwei verschiedene Arten realisiert werden: Diskrete Variable (DV) und kontinuierliche Variable (CV). Unternehmen wie IBM, Google, Quera und PsiQuantum entwickeln Quantencomputer mithilfe der DV-Methode, während Amazon (AWS), Xanadu und andere die CV-Methode übernehmen. Jeder dieser beiden Ansätze hat Vor- und Nachteile hinsichtlich Manipulationsschwierigkeit und Ressourceneffizienz.

KIST-Forscher haben eine Methode zur Integration der Fehlerkorrektur von DV- und CV-Qubits vorgeschlagen, die zuvor separat entwickelt wurden. Sie entwickelten eine fehlertolerante Architektur auf Basis der Hybridtechnologie und zeigten durch numerische Simulationen, dass sie die Vorteile beider Methoden vereint und so eine effizientere und effektivere Quantenberechnung und Fehlerkorrektur ermöglicht.

Insbesondere im optischen Quantencomputing kann der Hybridansatz eine bis zu viermal höhere Photonenverlustschwelle als bestehende Techniken erreichen und die Ressourceneffizienz um mehr als das 13-fache verbessern, während die Logikfehlerrate gleich bleibt.

„Die in dieser Studie entwickelte hybride Quantenfehlerkorrekturtechnologie kann nicht nur mit optischen Systemen, sondern auch mit Supraleitern und Ionenfallensystemen kombiniert werden“, sagte Dr. Jaehak Lee von KIST.

„Diese Forschung bietet eine neue Richtung für die Entwicklung des Quantencomputings“, sagte Dr. Seung-Woo Lee von KIST, der die Forschung leitete. „Hybridtechnologien, die die Vorteile verschiedener Plattformen integrieren, werden voraussichtlich eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und Kommerzialisierung großer Quantencomputer spielen.“