Rydberg-Ionen erreichen 97% Fidelity mit schnellen Dreiqubit-Toren für die Quantencomputing

Rydberg-Ionen erreichen 97% Fidelity mit schnellen Dreiqubit-Toren für die Quantencomputing

Rydberg-Ionen erreichen 97-prozentige Genauigkeit mit schnellen Drei-Qubit-Gattern für Quantencomputer

Zusammenfassung Wissenschaftler haben eine neue Art von Quantencomputer-Gatter entwickelt, das angeregte Ionen nutzt und eine Genauigkeit von über 97 Prozent erreicht – und dabei deutlich schneller arbeitet als bestehende Methoden. Dies ebnet den Weg für leistungsfähigere und zuverlässigere Quantencomputer, die in der Lage sind, Fehler während Berechnungen zu korrigieren.

Veröffentlichungsdatum 22. Dezember 2025, 11:25 Uhr MEZ

Ein Forscherteam hat im Bereich des Quantencomputings einen Durchbruch erzielt, indem es gefangene Ionen in hochenergetischen Rydberg-Zuständen nutzte. Ihre neue Methode führt Drei-Qubit-Operationen mit einer Genauigkeit von über 97 Prozent in nur zwei Mikrosekunden durch. Die Studie stellt zudem einen schnelleren und effizienteren Ansatz für fehlertolerante Fehlerkorrektur in Quantensystemen vor.

Die Forschungsgruppe MIQRO leitete die Arbeit und konzentrierte sich dabei auf gefangene Ionen, die durch Hochfrequenztechniken gesteuert werden. Ihre Erkenntnisse könnten helfen, zentrale ingenieurtechnische Herausforderungen beim Bau zuverlässiger Quantencomputer zu überwinden.

Das Team entwickelte eine Technik, bei der Ionen in Rydberg-Zustände angeregt werden, um hochpräzise Multi-Qubit-Gatter zu ermöglichen. Diese Methode ist deutlich schneller als bestehende Ansätze und erreicht präzise Operationen in Mikrosekunden statt in Millisekunden. Im Mittelpunkt der Arbeit steht eine neue Implementierung eines nativen kontrolliert-kontrolliert-Z-Gatters (CCZ) unter Verwendung von mikrowellenmodulierten Rydberg-Ionen, optimiert durch ein Einpuls-Protokoll.

Um Connectivity-Probleme in linearen Ionenfallen zu lösen, setzten die Forscher fehlertolerante SWAP-Gatter ein. Diese ermöglichen es, Qubits innerhalb der Falle zu verschieben und so Fehlerkorrekturschaltkreise trotz begrenzter Verbindungen auszuführen. Das Team demonstrierte dies erfolgreich auf echter Hardware unter Nutzung des nativen Gattersatzes der Rydberg-Ionenfalle, einschließlich CZ-, CCZ- und Ein-Qubit-Rotationen.

Kernstück ihres Fehlerkorrektursystems ist der Bacon-Shor-Code, ein oberflächenkodiertes Schema, das für seine relative Einfachheit bekannt ist. Durch Simulationen und Tests dieses Ansatzes zeigten die Wissenschaftler, dass zuverlässiges Quantencomputing selbst bei eingeschränkten Qubit-Verbindungen möglich ist. Allerdings wiesen sie darauf hin, dass eine Skalierung dieser Methode in einer linearen Kette aufgrund anhaltender Connectivity-Beschränkungen weiterhin unpraktisch bleibt.

Für die Zukunft schlagen die Forscher vor, dass zwei- und dreidimensionale Ionenanordnungen bessere Lösungen bieten könnten. Solche Konfigurationen würden die Vernetzung verbessern und helfen, aktuelle Grenzen im Design von Quantenhardware zu überwinden.

Die neue Methode ermöglicht schnellere und präzisere Multi-Qubit-Operationen und markiert damit einen wichtigen Fortschritt in der Quanteninformatik. Das fehlertolerante Fehlerkorrekturverfahren des Teams, das auf echter Hardware getestet wurde, zeigt vielversprechende Ansätze für praktische Anwendungen. Zwar bleiben Herausforderungen bei der Skalierung der Technologie bestehen, doch deutet die Arbeit auf künftige Verbesserungen durch komplexere Ionenanordnungen hin.