Microsofts Fortschritte bei topologischen Qubits: Ein Schritt näher an skalierbaren Quantencomputern

REDMOND / LONDON (IT BOLTWISE) – Microsoft hat einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung von topologischen Qubits erzielt, der das Potenzial hat, die Quantencomputing-Landschaft grundlegend zu verändern.

Microsoft hat kürzlich einen wichtigen Meilenstein in der Quantenforschung erreicht, indem es die unterschiedlichen Lebensdauern von Paritätsmessungen in einem topologischen Qubit-Prototyp demonstrierte. Diese Entwicklung könnte einen entscheidenden Schritt in Richtung skalierbarer topologischer Quantencomputer darstellen. Die Forscher des Unternehmens haben gezeigt, dass ein sogenanntes Tetron-Qubit-Gerät in der Lage ist, zwei fundamentale Quantenmessungen, X und Z, mit signifikant unterschiedlichen Lebensdauern durchzuführen.

Die Studie, die auf arXiv veröffentlicht wurde, beschreibt die Messung der Paritätsschaltzeiten von 14,5 Mikrosekunden für X-Schleifen und 12,4 Millisekunden für Z-Schleifen. Diese Unterschiede werden auf interne Dynamiken und externe Quasiteilchenvergiftung zurückgeführt. Während die Ergebnisse mit Majorana-basiertem Verhalten übereinstimmen, erkennen die Forscher an, dass bestimmte nicht-topologische Systeme ähnliche Signaturen nachahmen könnten.

Das Tetron-Layout des Geräts, das aus einer Kombination von supraleitenden und halbleitenden Materialien besteht, ermöglicht es, ein logisches Qubit über vier Majorana-Zero-Moden zu kodieren. Diese Architektur unterscheidet sich durch die Art und Weise, wie Quantenlogik durchgeführt wird: nicht durch dynamische Steuerimpulse, sondern durch Messung der Parität von Majorana-Paaren. Diese Messungen entsprechen den Pauli-X- und Pauli-Z-Operationen, die grundlegende Bausteine der Einzel-Qubit-Quantenberechnung sind.

Die Forscher beobachteten eine große Diskrepanz in den Zeiträumen, in denen diese Paritätsschaltungen auftreten, was auf unterschiedliche Fehlermechanismen hinweist, die jede Operation dominieren. Die langsamen Paritätsschaltungen in der Z-Schleife werden auf Quasiteilchenvergiftung zurückgeführt, während die schnelleren Paritätsschaltungen in der X-Schleife durch thermische Anregungen und Restenergieaufspaltung zwischen den Majorana-Moden verursacht werden.

Diese Ergebnisse stellen die erste Demonstration orthogonaler projektiver Paritätsmessungen in einem Tetron-Gerät dar. Diese Messungen sind entscheidend für die Durchführung von Quantenlogik, ohne das System zu sehr zu stören. Wenn diese Messungen mit Mehr-Qubit-Operationen wie Verschränkung und Magie-Zustandsdestillation kombiniert werden, könnten sie die Grundlage für universelle Quantenberechnung bilden.

Microsoft hat viel auf topologische Qubits gesetzt, da diese im Gegensatz zu konventionelleren Ansätzen wie supraleitenden Schaltkreisen oder gefangenen Ionen einen inhärenten Schutz gegen bestimmte Arten von Rauschen bieten. Sollte der Ansatz skalierbar sein und die Fehlerquote der X-Schleife gesenkt werden, könnte Microsofts Wette auf topologische Quantencomputer aufgehen.

Die Forscher planen als nächsten Schritt, schnelle Sequenzen von X- und Z-Messungen durchzuführen, um deren Nicht-Kommutativität zu testen, ein Kennzeichen echten quantenmechanischen Verhaltens. Mit zwei oder mehr Tetrons könnte die Architektur Verschränkung und sogar das Flechten von Majorana-Moden ermöglichen, was dem lang ersehnten Ziel der fehlertoleranten Quantenberechnung näher kommt.

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