Harvard stellt den weltweit ersten logischen Quantenprozessor vor

von Manuel Costa
0 Kommentar
Quantum Computing Advancement

Die Harvard University hat eine bahnbrechende Errungenschaft auf dem Gebiet des Quantencomputings erzielt. Forschern in Harvard ist es gelungen, einen programmierbaren logischen Quantenprozessor zu entwickeln, der 48 logische Qubits aufnehmen und zahlreiche logische Gatteroperationen ausführen kann. Dieser bedeutende Sprung im Quantencomputing markiert einen möglichen Wendepunkt auf diesem Gebiet und stellt den ersten Fall einer groß angelegten Algorithmenausführung auf einem fehlerkorrigierten Quantencomputingsystem dar.

Der Kern von Harvards bahnbrechendem Quantencomputer-Durchbruch dreht sich um ihren neuartigen logischen Quantenprozessor, der über 48 logische Qubits verfügt. Diese Errungenschaft unter der Leitung von Mikhail Lukin bedeutet einen großen Schritt auf dem Weg zur Realisierung praktischer und fehlertoleranter Quantencomputer.

Im Bereich des Quantencomputings dient ein Quantenbit oder „Qubit“ als grundlegende Informationseinheit, ähnlich wie klassische Binärbits. Während die Machbarkeit von Quantencomputern grundsätzlich seit über zwei Jahrzehnten nachgewiesen ist, ist die praktische Anwendung der Quantenmechanik für Rechenzwecke ein komplexes Unterfangen. Dies liegt daran, dass physikalische Qubits, unabhängig davon, ob sie auf Atomen, Ionen oder Photonen basieren, von Natur aus instabil sind und dazu neigen, ihren Quantenzustand zu verlassen.

Die wahre Währung im Bereich des effektiven Quantencomputings liegt in den sogenannten „logischen Qubits“. Hierbei handelt es sich um Bündel redundanter, fehlerkorrigierter physikalischer Qubits, die Informationen zur Verwendung in Quantenalgorithmen speichern können. Die Schaffung steuerbarer logischer Qubits, ähnlich den klassischen Bits, stellt auf diesem Gebiet eine große Herausforderung dar. Es ist allgemein anerkannt, dass Quantentechnologien erst dann ihre volle Wirkung entfalten können, wenn Quantencomputer zuverlässig mit logischen Qubits arbeiten können. Bisher haben die fortschrittlichsten Computersysteme lediglich die Nutzung eines oder zweier logischer Qubits und einer einzigen Quantengatteroperation nachgewiesen.

Das Harvard-Team unter der Leitung des Quantenexperten Mikhail Lukin hat einen entscheidenden Meilenstein auf dem Weg zu stabilem und skalierbarem Quantencomputing erreicht. Zum ersten Mal haben sie einen programmierbaren logischen Quantenprozessor entwickelt, der bis zu 48 logische Qubits kodieren und Hunderte von logischen Gatteroperationen ausführen kann. Ihre Leistung stellt das erste Beispiel einer groß angelegten Algorithmenausführung auf einem fehlerkorrigierten Quantencomputer dar und läutet das Aufkommen der frühen fehlertoleranten Quantenberechnung ein.

Dieser Durchbruch wird in einer Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature detailliert beschrieben und wurde durch die Zusammenarbeit mit Forschern des MIT und QuEra Computing, einem in Boston ansässigen Unternehmen, das auf den technologischen Innovationen von Harvard gegründet wurde, erreicht. Das Harvard Office of Technology Development hat kürzlich eine Lizenzvereinbarung mit QuEra für ein Patentportfolio abgeschlossen, das aus der Arbeit von Lukins Gruppe stammt.

Mikhail Lukin betrachtet diese Errungenschaft als einen potenziell transformativen Moment, ähnlich den Anfängen der künstlichen Intelligenz. Er weist darauf hin, dass dieser Fortschritt zwar weiterhin Herausforderungen mit sich bringt, aber voraussichtlich den Fortschritt bei der Entwicklung groß angelegter und praktischer Quantencomputer erheblich beschleunigen wird.

Dieser Meilenstein baut auf jahrelanger Forschung zu einer Quantencomputerarchitektur auf, die als Neutral-Atom-Array bekannt ist und ursprünglich in Lukins Labor entwickelt wurde und nun von QuEra kommerzialisiert wird. Zu den zentralen Komponenten dieses Systems gehören ultrakalte, schwebende Rubidiumatome, die als physikalische Qubits des Systems dienen. Diese Atome können sich während der Berechnung bewegen und verschränkte Paare bilden, wobei verschränkte Atompaare als Tore dienen, die Einheiten der Rechenleistung. Das Team hat zuvor niedrige Fehlerraten bei seinen Verschränkungsoperationen nachgewiesen und damit die Zuverlässigkeit seines Neutralatom-Array-Systems bestätigt.

Die Auswirkungen dieser Errungenschaft sind tiefgreifend, da sie nicht nur die Entwicklung der Quanteninformationsverarbeitung unter Verwendung neutraler Atome beschleunigt, sondern auch Türen für die Erforschung großer logischer Qubit-Geräte öffnet, die sowohl der Wissenschaft als auch der Gesellschaft transformative Vorteile bringen könnten.

Mit ihrem logischen Quantenprozessor können Forscher nun eine ganze Reihe logischer Qubits mithilfe von Lasern effizient und skalierbar parallel steuern – ein effizienterer Ansatz im Vergleich zur Steuerung einzelner physikalischer Qubits. Zu den künftigen Aufgaben des Teams gehört es, ein breiteres Spektrum an Operationen an seinen 48 logischen Qubits zu demonstrieren und sein System für einen kontinuierlichen Betrieb zu konfigurieren, der über den derzeitigen manuellen Zyklus hinausgeht.

Dieser Meilenstein im Quantencomputing stellt eine bemerkenswerte Verschmelzung von Technik und Design dar und verspricht, den Weg für weitere Fortschritte in der Quanteninformationsverarbeitung und die Realisierung von Quantencomputern mit fehlerkorrigierten Qubits zu ebnen, die für die Entwicklung größerer und praktischerer Quantencomputer unerlässlich sind Geräte.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur Weiterentwicklung des Quantencomputings

Welche Bedeutung hat Harvards Durchbruch im Quantencomputing?

Harvards Durchbruch im Quantencomputing ist von großer Bedeutung, da er die Entwicklung eines programmierbaren logischen Quantenprozessors beinhaltet, der 48 logische Qubits verarbeiten und zahlreiche logische Gatteroperationen ausführen kann. Dies markiert einen möglichen Wendepunkt auf diesem Gebiet, da es sich um die erste Demonstration einer groß angelegten Algorithmenausführung auf einem fehlerkorrigierten Quantencomputer handelt.

Was sind logische Qubits und warum sind sie im Quantencomputing wichtig?

Logische Qubits sind Bündel redundanter, fehlerkorrigierter physikalischer Qubits, die Informationen zur Verwendung in Quantenalgorithmen speichern können. Sie sind im Quantencomputing von entscheidender Bedeutung, da sie für Stabilität und Fehlerkorrektur sorgen und Quantencomputer zuverlässiger und praktischer für reale Anwendungen machen.

Wer leitete die Forschung in Harvard und welchen Hintergrund hatten sie?

Die Forschung in Harvard wurde von Mikhail Lukin geleitet, Professor für Physik an der Joshua and Beth Friedman University und Co-Direktor der Harvard Quantum Initiative. Er ist ein renommierter Quantenexperte mit umfangreicher Erfahrung auf diesem Gebiet.

Wie funktioniert der Quantenprozessor von Harvard und was ist seine Schlüsselkomponente?

Der Quantenprozessor von Harvard basiert auf einem neutralen Atomarray, das ultrakalte, schwebende Rubidiumatome als physikalische Qubits nutzt. Diese Atome können sich während der Berechnung bewegen und verschränkte Paare bilden, die als Tore oder Einheiten der Rechenleistung dienen. Die Schlüsselkomponente ist die zuverlässige Verschränkung dieser Atome, die fehlerkorrigierte Quantenoperationen ermöglicht.

Welche möglichen Auswirkungen hat dieser Durchbruch im Quantencomputing?

Die Auswirkungen sind tiefgreifend, da es die Entwicklung der Quanteninformationsverarbeitung beschleunigt und Türen zu großen logischen Qubit-Geräten öffnet. Dieser Fortschritt könnte transformative Vorteile für Wissenschaft und Gesellschaft bringen und den Weg für praktischere und leistungsfähigere Quantencomputer ebnen.

Wird diese Forschung bereits kommerzialisiert?

Ja, die in Harvard entwickelte neutrale Atom-Array-Technologie wird von QuEra Computing, einem in Boston ansässigen Unternehmen, kommerzialisiert. Das Office of Technology Development von Harvard hat mit QuEra eine Lizenzvereinbarung für ein auf diesen Innovationen basierendes Patentportfolio abgeschlossen.

Wie geht es mit dieser Forschung weiter?

Das Harvard-Team plant, ein breiteres Spektrum an Operationen an seinen 48 logischen Qubits zu demonstrieren und daran zu arbeiten, sein System für einen kontinuierlichen Betrieb zu konfigurieren, der über den manuellen Zyklus hinausgeht. Sie wollen die Fähigkeiten ihres Quantenprozessors weiter verbessern.

Mehr über die Weiterentwicklung des Quantencomputings

Sie können auch mögen

Hinterlasse einen Kommentar

* Durch die Nutzung dieses Formulars erklären Sie sich mit der Speicherung und Verarbeitung Ihrer Daten durch diese Website einverstanden.

SciTechPost ist eine Webressource, die sich der Bereitstellung aktueller Informationen über die schnelllebige Welt der Wissenschaft und Technologie widmet. Unsere Mission ist es, Wissenschaft und Technologie über unsere Plattform für jedermann zugänglich zu machen, indem wir Experten, Innovatoren und Akademiker zusammenbringen, um ihr Wissen und ihre Erfahrungen auszutauschen.

Abonnieren

Abonnieren Sie meinen Newsletter für neue Blogbeiträge, Tipps und neue Fotos. Bleiben wir auf dem Laufenden!

© 2023 SciTechPost

de_DEDeutsch