Quantencomputing trifft handelsübliche Hardware IBM demonstriert Quantencomputer-Fehlerkorrektur auf AMD-FPGAs

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Fehlerkorrektur für Quantencomputer bindet oft mehrere Qubits, die auf den aktuellen Quantenprozessoren folglich nicht für Berechnungen zur Verfügung stehen. IBM hat nun demonstriert, dass sich Fehlerkorrektur für Quantencomputer auch mit Hilfe handelsüblicher AMD-FPGAs umsetzen lässt.

IBM ist es gelungen, einen entscheidenden Fortschritt in der Quantenfehlerkorrektur zu erzielen. Die neue Lösung nutzt gängige Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) von AMD anstelle spezieller Quantenhardware. Damit wird die Fehlerkorrektur erstmals deutlich kosteneffizienter und schneller umsetzbar.

Die Entwicklung ist Teil von IBMs Projekt „Starling“, mit dem bis 2029 ein großskaliger Quantencomputer entstehen soll. Das neue Fehlerkorrekturverfahren wurde dabei bereits ein Jahr früher als geplant erfolgreich umgesetzt.

Fehlerkorrektur auf handelsüblichen Bauteilen

Ein zentrales Problem aktueller Quantencomputer liegt in der Instabilität von Qubits, die rasch durch Rauschen und externe Einflüsse gestört werden. Fehlerkorrekturmechanismen sind daher unerlässlich, kosten jedoch bislang viele zusätzliche Qubits. Da Quantenprozessoren derzeit nur über wenige Qubits verfügen, die macht dies die Implementierung von Fehlerkorrekturmechanismen teuer und bremst die Rechenkapazität der Systeme.

FPGAs sind hingegen Standardbauteile, die schon seit Jahren im Markt etabliert sind, und damit in Relation um Größenordnungen günstiger als speziell gefertigte Quantenprozessoren. Insbesondere für Forschungseinrichtungen, aber auch potenziell für künftige industrielle Anwendungen, sinken hierdurch die Einstiegshürden für Quantencomputing immens.

IBM hat nun gezeigt, dass klassische Hardware in der Lage ist, komplexe Fehlerkorrekturalgorithmen korrekt auszuführen. Konkret kam ein AMD Virtex UltraScale+ VU19P FPGA zum Einsatz, der mit 9 Millionen Logikzellen der derzeit größte programmierbare Baustein im Sortiment des Herstellers ist. Die Forscher haben Ihre Ausführungen in einer auf arXiv.org offen einsehbaren Studie publiziert. Darüber kann nach Angaben des IBM-Teams dieser Fehlerkorrekturmechanismus auch noch zehnmal schneller ausgeführt, als zum gegenwärtigen Stand der Quantencomputer-Technologie notwendig wäre. Dies entlastet die Quantenhardware selbst erheblich und steigert deren Effizienz.

Die realisierte Lösung basiert auf dem Relay-BP-Decoder, einem neuen Ansatz, der gegenüber früheren Methoden sowohl präziser als auch performanter ist. Die parallele Ausführung auf FPGAs ermöglicht eine nahtlose Integration in bestehende Kontrollarchitekturen von Quantenprozessoren.

Sinnvolle Kopplung zwischen klassischer und quantischer Hardware möglich

Die Ergebnisse unterstreichen zudem die Bedeutung klassischer Hardware für den Betrieb von Quantencomputern. Während Quantenprozessoren für die Berechnung zuständig sind, übernimmt klassische Hardware immer mehr Aufgaben der Steuerung, Optimierung und Fehlerkorrektur.

Branchenbeobachter sehen in dem Ansatz einen Meilenstein. Die stärkere Kopplung klassischer und quantischer Systeme verbessert nicht nur das Zusammenspiel beider Welten, sondern eröffnet neue Möglichkeiten zur Skalierung komplexer Quantenarchitekturen. Durch die Schnittstelle zwischen klassischer FPGA-Technologie und Quantencomputing eröffne sich auch ein neues Innovationsfeld, in dem Know-how aus beiden Welten gefragt ist – mit großem Potenzial für disruptive Anwendungen. (sg)

Verifizierbarer Meilenstein

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