Bild: IBM Research, Flickr/CC-BY-ND 2.0

IBM löst mit seinem Quantenprozessor Eagle erstmals ein Problem, das Supercomputer überfordert. Möglich macht das eine spezielle Fehlerkorrektur.

Mit einem unintuitiv klingenden Ansatz kommen Wissenschaftler von IBM Quantum ohne die bislang erforderlichen Korrektur-Qubits aus. So konnte IBMs Quantencomputer Eagle erstmals Berechnungen ausführen, die klassische Computer nicht mehr bewältigen können. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass Eagle dabei bessere Ergebnisse lieferte als sogenannte probabilistische Algorithmen.

Um alle 127 Qubits des Prozessors nutzen zu können, wendeten die Forscher einen Korrekturmechanismus namens Zero Noise Extrapolation (ZNE) an. Er basiert auf 2019 begonnen Arbeiten und leitet mittels eines statistischen Modells aus dem fehlerbehafteten Ergebnis das wahrscheinlich korrekte ab. Dazu wird, was zunächst unintuitiv klingt, der Fehler gezielt verstärkt. Anhand eines Fehlermodells des Quantenprozessors kann dann aus mehreren fehlerbehafteten Werten der vermutlich korrekte extrapoliert werden.

Wie gut der Mechanismus funktioniert, erprobten die Forscher mit einem, wie sie selbst schreiben, gut auf Quantencomputern abbildbaren Problem: Mit dem Ising-Modell berechneten sie die Magnetisierung eines Materials. Der magnetische Spin, den das Modell berechnet, kann direkt als Zustand eines Qubits dargestellt werden.

Mit einer Tiefe von 60 CNOT-Gattern (controlled Not) ist die Schaltung bereits recht komplex. Die exakte Lösung zählt zu den NP-vollständigen Problemen, wird also für klassische Computer aufgrund der exponentiell steigenden Komplexität schnell unberechenbar - vom Speicherbedarf der Matrizen ganz abgesehen.