Quantencomputing: So funktioniert die Quanten-Fehlerkorrektur
Will man Quantenzustände für Berechnungen nutzen, darf die Umgebung sie nicht beeinflussen. Durch Verknüpfen von Qubits lassen sich einzelne Fehler korrigieren.
- David Schlegel
Mit einem Algorithmus für Quantencomputer erregte der Physiker Peter Shor 1994 Aufsehen: Das Verfahren sollte ganze Zahlen in ihre Primfaktoren zerlegen und in polynomieller Zeit laufen – viel schneller als jede klassische Methode. Das gefährdete populäre Kryptografieverfahren, die darauf basieren, dass die Primfaktorzerlegung großer Zahlen lange dauert. Qubits bilden jedoch filigrane Systeme, die anfällig sind für ungewollte Umgebungseinflüsse. Deshalb erschien es damals unwahrscheinlich, dass sie jemals robust genug selbst für das Faktorisieren kleiner Zahlen sein könnten – ganz zu schweigen von den hundertstelligen in der Kryptografie. Doch ein Jahr später präsentierte Shor als Lösung die Quantenfehlerkorrektur.
Statt die teilweise stark fehlerbehafteten physischen Qubits zu verwenden, verknüpft sein Schema neun davon zu einem logischen Qubit – heute bekannt als Shor-Code. Dadurch lassen sich einzelne fehlerhafte Qubits erkennen und beheben, ohne den Quantenzustand zu zerstören. Dieses Schema legte das Fundament für zuverlässige Quantenalgorithmen.
Keine komplexen Algorithmen ohne Fehlerkorrektur
Inzwischen ist die Quantenfehlerkorrektur zu einem großen Forschungsfeld gewachsen. Für Quantencomputer mit vielen Qubits und komplexen Algorithmen spielt sie eine wichtige Rolle. Denn je mehr Qubits, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Fehlers, der ihre Information zerstört. Wie komplex Quantencomputer in Zukunft sein werden, hängt nicht nur von ihren Möglichkeiten ab, Qubits zu verschalten. Die Frage ist vielmehr: Wie skalieren Fehler mit der Komplexität eines Quantencomputers? Sie beschreibt das Problem, das Forscherinnen und Forscher in den Griff bekommen wollen.
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