Spezielle Anordnung der Qubits

Bisherige Fehlerkorrekturverfahren konnten jeweils nur eine von zwei fundamentalen Fehlerarten, die in Quantensystemen auftreten, aufspüren und korrigieren. Das Team um Andreas Wallraff präsentiert nun das erste System, das gemäss eigenen Angaben beide Fehlertypen wiederholt sowohl detektieren als auch korrigieren kann. Gelungen sei den Forschenden dieser Erfolg mit einem eigens im Reinraumlabor der ETH Zürich hergestellten Chip, auf dem sich insgesamt 17 supraleitende Qubits befinden,heisst es im Communiqué der Hochschule. Die Fehlerkorrektur realisierten das Forschungsteam mit dem sogenannten Surface Code – einer Methode, bei der die Quanteninformation eines Qubits über mehrere physikalische Qubits verteilt wird.

Neun der 17 Qubits, die sich auf dem Chip befinden, sind in einem quadratischen Drei-​mal-drei-Gitter angeordnet und bilden gemeinsam ein sogenanntes logisches Qubit – die Recheneinheit für einen Quantencomputer. Die restlichen acht Qubits auf dem Chip sind versetzt dazu angebracht. Ihre Aufgabe ist es, Fehler im System zu erkennen.

Tritt im logischen Qubit eine Störung auf, welche die Information verfälscht, erkennt das System diese Störung als Fehler. Die Steuerelektronik korrigiert daraufhin das Messsignal entsprechend. «Im Moment korrigieren wir die Fehler noch nicht direkt in den Qubits», gibt Sebastian Krinner, Wissenschaftler in Wallraffs Gruppe und gemeinsam mit Nathan Lacroix Erstautor der Studie, zu bedenken. «Aber für die meisten Rechenoperationen ist das auch gar nicht notwendig.»

Die Elektronik, mit der die Qubits auf dem Chip angesteuert werden, wurde vom ETH-​Spin-off Zurich Instruments hergestellt. Der Chip selbst befindet sich auf der untersten Ebene eines grossen Kryostaten – eines speziellen Kühlgerätes – und arbeitet bei einer Temperatur von gerade mal 0,01 Kelvin, also knapp über dem absoluten Nullpunkt.