Revolution im Quantencomputing: Forscher demonstrieren bahnbrechende Technik!

Revolution im Quantencomputing: Forscher demonstrieren bahnbrechende Technik!

Cornell, USA - In der faszinierenden Welt des Quantencomputings gibt es immer wieder spannende Entwicklungen, die das Potenzial haben, die Zukunft der Technologie zu revolutionieren. Ein aktuelles Highlight stellt die Kooperation zwischen Cornell, IBM, Harvard und dem Weizmann Institute dar, die einen entscheidenden Schritt in Richtung topologisches Quantencomputing gegangen ist. Am 16. Juli 2025 haben die Forscher die erste fehlerresistente Implementierung universeller Quanten-Gatter mittels Fibonacci Anyon-Braiding demonstriert. Diese Methode könnte sich bald als das A und O für skalierbares Quantencomputing erweisen und verspricht, klassische Computer bei bestimmten Arten von Berechnungen hinter sich zu lassen. Wie The Quantum Insider berichtet, wurden die Ergebnisse der Forschung an einem rechnerisch herausfordernden Problem verifiziert, welches sich auf chromatische Polynome bezieht.

Das Zählen der Färbungen in Graphen mit verschiedenen Farben ist nicht nur eine theoretische Herausforderung; die chromatischen Polynome wachsen exponentiell und übersteigen die Leistungsfähigkeit klassischer Computer. Die Forscher konnten jedoch die Ergebnisse im kleinen Maßstab mithilfe eines klassischen Computers überprüfen. Zudem bietet die verwendete Protokollmethode eine hohe Skalierbarkeit, was bedeutet, dass andere Forscher sie mit ihren Quantencomputern nachahmen können. Für das Gelingen der Forschung war die Zusammenarbeit mit IBM ausschlaggebend, denn sie bot nicht nur technologische Unterstützung, sondern auch tiefgehende Einblicke in die Theorie der topologischen Zustände und die Entwicklung des entsprechenden Implementierungsprotokolls.

Fibonacci Anyons: Die neues Wunderkinder

Im Zentrum dieser Neuheit stehen die Fibonacci Anyons, exotische Quasiteilchen, die in zwei Dimensionen verwoben werden. Die so genannte skalierbare dynamische String-Netz-Vorbereitungsstrategie (DSNP) wird eingesetzt, um minimalistische Fibonacci String-Netz-Kondensate zu erzeugen. Wie in der Publikation in Nature Communications dargelegt, bestätigen die Wissenschaftler die Ladungen der τ1 Anyons und nutzen deren Verflechtungen, um die goldene Zahl zu extrahieren. Diese Innovationskraft wird vor allem durch die flexible Graphikstruktur angetrieben, die eine effektive Vorbereitung der Fib-SNC ermöglicht, im Gegensatz zu starren Gittervorschlägen.

Die Erstellung von Anyons verändert die Topologie des Mehrkörpersystems. Dabei ist eine dreidimensionale grafische Darstellung notwendig, um die beiden Kopien der topologischen Quantenfeldtheorie nachverfolgen zu können. Besonders spannend ist die „Tail Anyon“-Strategie, die es ermöglicht, das Ende eines offenen Strings mit einem „Tail Qubit“ zu verbinden, um so Fehlererkennung und -korrektur einfacher zu gestalten. In den Versuchen wurde die Fib-SNC auf einem 27-Qubit IBM Falcon Prozessor implementiert, wobei eine hohe Genauigkeit erzielt wurde – mit einer Fidelity von 0,87.

Microsofts Majorana 1: Ein weiterer Blick in die Zukunft

Doch nicht nur Cornell und IBM machen von sich reden. Ein weiterer großer Spieler im Bereich des Quantencomputings ist Microsoft, das kürzlich den Majorana 1-Prozessor vorgestellt hat. Dieser basiert auf topologischen Qubits, die durch Majorana-Fermionen repräsentiert werden. Diese Partikel, die ihren eigenen Antiteilchen sind, treten in topologischen Supraleitern auf und bieten bedeutende Vorteile in der Fehlerresistenz. Der Majorana 1-Prozessor ist mit derzeit 8 Qubits ausgestattet, aber Microsoft hat schon ehrgeizige Pläne: eine Skalierung auf eine Million Qubits steht auf der Agenda. Details dazu finden sich auf Tech Zeitgeist.

Die Entwicklung des Majorana 1-Prozessors dauerte fast zwei Jahrzehnte und wurde in Nature veröffentlicht. Die Technologie könnte nicht nur Quantencomputer praktischer machen, sondern auch die Zeit bis zur breiten Anwendung erheblich verkürzen. Ihr Vorteil liegt in der inhärenten Fehlerresistenz der topologischen Qubits, was die Anzahl der erforderlichen physikalischen Qubits für fehlerkorrigierendes Quantencomputing drastisch senkt. Trotz dieser innovativen Ansätze gibt es Skepsis in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die sich auf Herausforderungen in der Reproduzierbarkeit der Majorana-Forschung bezieht.

Die Entwicklungen im Quantencomputing zeigen einmal mehr: Hier wird mit Hochdruck an Lösungen gearbeitet, die die Grenzen des Möglichen sprengen könnten. Sowohl die Fortschritte bei Fibonacci Anyons als auch die Arbeiten rund um den Majorana 1-Prozessor bieten spannende Ausblicke auf eine Zukunft, in der Quantencomputer gravierende Herausforderungen im Rechnen bewältigen können. Da bleibt nur abzuwarten, welche Vorteile uns diese Technologien letztendlich bringen werden.