H2-Quantencomputer baut topologische Qubits

Quantinuum präsentiert den Quantencomputer H2, der die kontrollierte Erzeugung und Manipulation nichtabelscher Anyone nutzt. Die präzise Kontrolle nichtabelscher Anyonen gilt seit langem als vielversprechender Weg zur Nutzung topologischer Qubits für einen fehlertoleranten Quantencomputer.

Eines der ersten Experimente, das Wissenschaftler von Quantinuum in Zusammenarbeit mit Forschern der Harvard University und des Caltech an H2 durchgeführt haben, hat einen neuen Zustand der Materie nachgewiesen: einen nichtabelschen topologisch geordneten Zustand. Dank der differenzierenden Eigenschaften und der präzisen Steuerung des H2-Prozessors ließ sich der topologische Zustand (im Prinzip ein Qubit mit begrenzter Gate-Kapazität) so erzeugen, dass dessen Eigenschaften in Echtzeit präzise kontrollierbar waren, wobei die Erzeugung, Verknüpfung und Vernichtung (Messung) von nichtabelschen Anyonen demonstriert wurde. Die im Vorabdruck eines ausführlichen wissenschaftlichen Papiers auf arXiv veröffentlichten Ergebnisse beschreiben die Arbeit von Quantinuum im Detail.

Neuerungen im H2

Zu den ersten Merkmalen des H2 gehören 32 vollständig verbundene High-Fidelity Qubits und eine völlig neue Architektur mit einer ovalen Ionenfalle. Quantinuum demonstrierte die Leistungsfähigkeit des H2 unter anderem durch die Erzeugung eines 32-Qubit-GHZ-Quantenzustands. Dies ist ein nichtklassischer Zustand, bei dem alle 32 Qubits global verschränkt sind. Damit soll H2 den Weltrekord für den größten GHZ-Zustand halten.

Das Racetrack-Design des Systemmodells H2 ermöglicht eine All-to-all-Konnektivität zwischen Qubits. Das bedeutet: Jedes Qubit lässt sich direkt mit jedem anderen Qubit im System paarweise verschränken. Kurzfristig reduzieren sich dadurch die Gesamtfehler in den Algorithmen und langfristig eröffnen sich Möglichkeiten für effizientere Fehlerkorrekturcodes.

Darüber hinaus demonstriert das neue Design das Skalierungspotenzial von Ionenfallen-Bauelementen in der QCCD-Architektur (Quantum Charge Coupled Device): Es kann nicht nur die Anzahl der Qubits bei gleichbleibender Leistung erhöhen, sondern enthält auch neue Technologien, die den Weg für eine weitere Skalierung ebnen. H2 ist so konzipiert, dass Upgrades im Laufe des Produktlebenszyklus möglich sind, wodurch sich sowohl die Anzahl der Qubits als auch die Qualität der Qubits verbessern lassen. Besondere Kennzeichen sind außerdem die Wiederverwendung von Qubits, Messung in der Mitte des Schaltkreises mit bedingter Logik und lange Kohärenzzeiten. H2 startet mit einem Quantenvolumen von 65.536 und übertrifft damit den letzten Rekord, den der H1-1 im Februar dieses Jahres aufgestellt hat.

Der Einsatz des H2 heute

Eine Reihe von Organisationen und Unternehmen haben das H2 bereits in experimentellen Projekten eingesetzt. So hat das Global Technology Applied Research Center von JPMorgan Chase eine Arbeit über den Entwurf eines Quantenoptimierungsalgorithmus für die Portfolio-Optimierung veröffentlicht, mit numerischen Ergebnissen, die während des frühen Zugangs auf H2 validiert wurden. Und das Team für maschinelles Lernen von Quantinuum demonstrierte eine heuristische Optimierungsroutine, die Optimierungsprobleme mit minimalen Quantenressourcen lösen kann.

H2 ist über den Cloud-basierenden Zugang von Quantinuum verfügbar und steht ab Juni über Microsoft Azure Quantum bereit. Zusätzlich wird ein Emulator des H2 durch NVIDIAs cuQuantum SDK mit Bibliotheken und Tools zur Beschleunigung von Quantencomputer-Simulationsabläufen ermöglicht.