Amazon Web Services (AWS) hat mit Ocelot einen neuen Quantencomputing-Chip entwickelt, der den Aufwand für die Quantenfehlerkorrektur deutlich reduziert. Die Technologie könnte einen wichtigen Schritt in Richtung praxistauglicher Quantencomputer darstellen.

Foto: AWS Ocelot ist die erste Generation eines Quantenchip, der vom AWS Center for Quantum Computing in Pasadena, Kalifornien, entwickelt wurde. Foto: AWS Ein supraleitender Qubit-Quantenchip wird auf eine Leiterplatte drahtgebunden. Foto: AWS Ein AWS-Ingenieur installiert eine magnetische Abschirmung um einen Quantenprozessor, bevor dieser am AWS Center for Quantum Computing getestet wird. Quantencomputer bieten das Potenzial, komplexe Berechnungen erheblich zu beschleunigen. Doch ihre Anfälligkeit für Störungen stellt eine große Herausforderung dar. Die bisher notwendigen Korrekturmaßnahmen erfordern einen hohen Ressourcenaufwand. AWS hat mit Ocelot einen Chip entwickelt, der diesen Aufwand senken soll. Durch eine neue Architektur, die speziell auf die Quantenfehlerkorrektur ausgerichtet ist, könnte sich der Weg zu stabileren und praxistauglicheren Quantencomputern verkürzen.

Quantenfehlerkorrektur als zentrale Herausforderung

Quantencomputer nutzen Qubits, die es ermöglichen, komplexe Berechnungen effizienter durchzuführen als klassische Computer. Allerdings sind diese Qubits empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen, was zu Fehlern in den Berechnungen führen kann. Um solche Fehler zu beheben, wird die Quantenfehlerkorrektur eingesetzt. Bisher erfordert dieser Prozess eine große Anzahl zusätzlicher Qubits, was die Kosten und die Komplexität der Systeme erhöht. Eine effizientere Fehlerkorrektur könnte daher ein zentraler Faktor für den praktischen Einsatz von Quantencomputern sein.

Effizientere Fehlerkorrektur durch Cat-Qubits

Mit „Ocelot“ stellt AWS einen Chip vor, der die benötigten Ressourcen für die Quantenfehlerkorrektur im Vergleich zu bisherigen Methoden um bis zu 90 Prozent senken soll. Möglich wird dies durch den Einsatz sogenannter Cat-Qubits, die nach dem Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“ benannt sind. Diese Qubits unterdrücken bestimmte Fehlerarten bereits in ihrer natürlichen Funktionsweise, wodurch der Korrekturaufwand verringert wird. AWS hat damit erstmals gezeigt, dass sich Cat-Qubit-Technologie und weitere Komponenten zur Fehlerkorrektur auf einem einzigen Mikrochip integrieren lassen.

Technische Merkmale von „Ocelot“

Der Chip wurde am AWS Center for Quantum Computing am California Institute of Technology entwickelt. Er besteht aus zwei integrierten Silizium-Mikrochips mit einer Fläche von jeweils etwa 1 cm². Zu den zentralen Komponenten gehören:

• Fünf Daten-Qubits, die für Berechnungen genutzt werden
• Fünf Pufferschaltkreise zur Stabilisierung dieser Daten-Qubits
• Vier zusätzliche Qubits zur Fehlererkennung
• Hochwertige Oszillatoren aus supraleitendem Tantal zur Speicherung von Quantenzuständen

AWS hat zudem ein spezielles Verfahren zur Verarbeitung von Tantal auf dem Siliziumchip entwickelt, um die Leistung der Oszillatoren zu optimieren.

Integration und mögliche Anwendungsbereiche

AWS bietet mit Amazon Braket bereits eine Plattform für verschiedene Quantencomputing-Technologien an. Ocelot könnte langfristig dazu beitragen, Quantencomputer leistungsfähiger und wirtschaftlicher nutzbar zu machen. Ob und wann die Technologie in größeren Quantenprozessoren Anwendung findet, bleibt abzuwarten.

Weiterentwicklung der Quantencomputing-Technologie

Mit der Entwicklung von Ocelot will AWS erforschen, wie sich Quantenfehlerkorrektur effizienter gestalten lässt. Die Erkenntnisse aus diesem Prototyp könnten die Entwicklung von Quantencomputern mit praktischen Anwendungsmöglichkeiten vorantreiben. Es bleibt spannend zu beobachten, wie sich die Technologie in den kommenden Jahren weiterentwickelt.