Rydberg-Ionen erreichen 97% Fidelity mit schnellen Drei-Qubit-Gates für die Quantencomputing

Rydberg-Ionen erreichen 97% Fidelity mit schnellen Drei-Qubit-Gates für die Quantencomputing

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

Vorspann Forschende haben eine neue Art von Quantencomputer-Gatter unter Verwendung angeregter Ionen entwickelt, das eine Genauigkeit von über 97 Prozent erreicht und deutlich schneller arbeitet als bestehende Methoden. Damit ebnet es den Weg für leistungsfähigere und zuverlässigere Quantencomputer, die in der Lage sind, Fehler während Berechnungen zu korrigieren.

22. Dezember 2025, 11:25 Uhr

Ein Forscherteam hat ein schnelleres und präziseres Quantencomputer-Gatter auf Basis angeregter Ionen entwickelt. Der Durchbruch, angeführt von Wissenschaftler:innen am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Deutschland, erreicht eine Genauigkeit von über 97 Prozent bei einer Betriebsdauer von nur zwei Mikrosekunden. Diese Innovation könnte den Bau praxistauglicher Quantencomputer mit geringeren Fehlerraten ermöglichen.

An der Arbeit sind Einrichtungen in Deutschland und Österreich beteiligt, darunter die Universität Innsbruck und das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation. Die Ergebnisse markieren einen entscheidenden Schritt hin zu zuverlässigem Quantencomputing mit realer Hardware.

Im Mittelpunkt der Forschung stehen Rydberg-Ionen-Gatter, die hochangeregte Zustände gefangener Ionen nutzen, um Quantenoperationen durchzuführen. Diese Gatter erledigen Aufgaben in nur zwei Mikrosekunden – deutlich schneller als herkömmliche Verfahren. Das Team um Antonio Negretti und Tobias Schaetz vom MPQ forscht seit 2020 an dieser Technologie und führte Experimente in Garching und Innsbruck durch.

Ein zentraler Erfolg ist die Implementierung eines nativen kontrolliert-kontrollierten-Z-Gatters (CCZ-Gatter). Diese Drei-Qubit-Operation ist essenziell für die Quantenfehlerkorrektur. Die Forscher:innen optimierten die Leistung, indem sie ein Einpuls-Mikrowellenprotokoll verfeinerten und so Geschwindigkeit und Präzision in Einklang brachten. Zudem wandten sie den Bacon-Shor-Code an, ein Quantenfehlerkorrekturverfahren, das Oberflächen-Codes ähnelt. Im Gegensatz zu traditionellen Methoden vermeidet ihr Ansatz komplexe Messungen und vereinfacht den Prozess. Um Hardware-Beschränkungen zu überwinden, nutzten sie fehlertolerante SWAP-Gatter, um Qubits innerhalb der Ionenfalle neu anzuordnen.

Die Studie zeigt, dass diese Gatter logische Fehlerraten erreichen, die niedrig genug sind, um einen Quantenvorteil nachzuweisen. Durch die Kombination hochgeschwindigkeitsfähiger Operationen mit robuster Fehlerkorrektur hat das Team einen praktischen Rahmen für skalierbares Quantencomputing geschaffen. Beteiligt an den Simulationen und theoretischen Analysen waren unter anderem das Forschungszentrum Jülich, die RWTH Aachen und weitere Einrichtungen.

Die neuen Rydberg-Ionen-Gatter bieten eine schnellere und zuverlässigere Methode für Quantenberechnungen. Ihre hohe Genauigkeit und kurze Betriebszeiten machen sie für reale Anwendungen geeignet. Die Forschung legt den Grundstein für den Bau fehlertoleranter Quantencomputer mit weniger physikalischen Qubits.