Unsere Fortschritte bei der Quantenfehlerkorrektur
Vor drei Jahren war unser Quantencomputer der erste, der bei der Ausführung einer speziellen Rechenaufgabe die schnellsten Supercomputer übertraf. Dies war ein bedeutender Meilenstein auf unserem Weg zum Bau eines Quantencomputers und der „Hallo Welt“-Moment, den so viele von uns erhofft haben. Doch im langen Bogen des wissenschaftlichen Fortschritts war dies nur ein Schritt auf dem Weg, Quantenanwendungen für den menschlichen Fortschritt sinnvoll zu machen.
Jetzt machen wir einen weiteren großen Schritt nach vorn: Zum ersten Mal haben unsere Quantum AI-Forscher:innen experimentell nachgewiesen, dass es möglich ist, Fehler zu reduzieren, indem man die Anzahl der Qubits erhöht. In der Quanteninformatik ist ein Qubit eine Grundeinheit der Quanteninformation, die mehrere Zustände annehmen kann, die über 0 und 1 hinausgehen. Unser Durchbruch stellt eine bedeutende Veränderung in der Art und Weise dar, wie wir Quantencomputer betreiben. Anstatt die physischen Qubits auf unserem Quantenprozessor einzeln zu verwenden, behandeln wir eine Gruppe von ihnen als ein logisches Qubit. Infolgedessen konnte ein logisches Qubit, das wir aus 49 physischen Qubits hergestellt haben, ein aus 17 Qubits hergestelltes Qubit übertreffen. Die Zeitschrift Nature veröffentlicht heute unsere Forschungsergebnisse.
Dieser Meilenstein ist aus folgenden Gründen bedeutsam: Unsere Quantencomputer funktionieren, indem sie Qubits in einer orchestrierten Weise manipulieren, die wir Quantenalgorithmen nennen. Die Herausforderung besteht darin, dass Qubits so empfindlich sind, dass selbst Streulicht zu Rechenfehlern führen kann - und das Problem verstärkt sich, je größer die Quantencomputer werden. Dies hat erhebliche Konsequenzen, denn die besten Quantenalgorithmen, die wir für nützliche Anwendungen kennen, erfordern eine weitaus geringere Fehlerquote unserer Qubits als die, die wir heute erreichen. Um diese Lücke zu schließen, brauchen wir Quantenfehlerkorrektur.
Die Quantenfehlerkorrektur schützt Informationen, indem sie sie über mehrere physische Qubits hinweg zu einem „logischen Qubit“ kodiert. Man geht davon aus, dass dies die einzige Möglichkeit ist, einen Quantencomputer im großen Maßstab zu bauen, dessen Fehlerraten niedrig genug für nützliche Berechnungen sind. Anstatt mit den einzelnen Qubits selbst zu rechnen, werden wir dann mit logischen Qubits rechnen. Indem wir eine größere Anzahl physischer Qubits auf unserem Quantenprozessor in ein logisches Qubit kodieren, hoffen wir, die Fehlerraten zu reduzieren, um nützliche Quantenalgorithmen zu ermöglichen.
Es ist das erste Mal, dass jemand diesen experimentellen Meilenstein der Skalierung eines logischen Qubits erreicht hat. Wir haben auf diesen Meilenstein - und die folgenden - hingearbeitet, weil Quantencomputer das Potenzial haben, das Leben von Millionen Menschen spürbar zu verbessern. Wir glauben, dass Quantencomputer eines Tages eingesetzt werden, um Moleküle für neue Medikamente zu identifizieren, Düngemittel mit weniger Energie zu erzeugen, effizientere nachhaltige Technologien von Batterien bis hin zu Kernfusionsreaktoren als mögliche neue Energiegeneratoren zu entwickeln und physikalische Forschung zu betreiben, die zu Fortschritten führen wird, die wir uns heute noch nicht vorstellen können. Deshalb arbeiten wir daran, Quanten-Hardware, -Tools und -Anwendungen für Kund:innen und Partner:innen verfügbar zu machen, unter anderem über Google Cloud, damit sie die Leistung von Quantencomputern auf neue und spannende Weise nutzen können.
Damit auch andere das volle Potenzial der Quantenphysik ausschöpfen können, müssen wir noch weitere technische Meilensteine erreichen, um Tausende solcher logischen Qubits mit niedrigen Fehlerquoten zu erreichen. Es liegt noch ein langer Weg vor uns - mehrere Komponenten unserer Technologie müssen verbessert werden, von der Kühltechnik über die Steuerelektronik bis hin zum Design und den Materialien unserer Qubits. Mit diesen Entwicklungen rücken Quantencomputer im großen Maßstab in greifbarere Nähe. Die Entwicklung von Quantenprozessoren ist auch ein hervorragender Prüfstand für die KI-gestützte Technik, denn wir erforschen den Einsatz von maschinellem Lernen zur Verbesserung unserer Prozesse.
Quantencomputing muss angesichts seines gewaltigen Potenzials verantwortungsvoll entwickelt werden. Auch hier sind wir aktiv. Unsere Partnerschaften mit Regierungen und der Sicherheits-Community helfen dabei, Systeme zu entwickeln, die den Internetverkehr vor zukünftigen Angriffen auf Quantencomputer schützen können. Und wir sorgen dafür, dass Dienste wie Google Cloud, Android und Chrome auch in einer Quantenzukunft sicher und geschützt sind.
Ich bin inspiriert davon, was Quantencomputing für die Zukunft unserer Nutzer:innen, Kund:innen und Partner:innen sowie für die Welt bedeuten könnte. Wir werden weiter auf den Tag hinarbeiten, an dem Quantencomputer zusammen mit klassischen Computern die Grenzen des menschlichen Wissens erweitern und uns helfen, Lösungen für einige der komplexesten Probleme der Welt zu finden.
