Quantencomputer Quera soll mehr als eine Milliarde zuverlässige Operationen ausführen

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Der Übergang von experimentellen NISQ-Systemen zu praktisch nutzbaren Quantencomputern hängt an einer entscheidenden Hürde: der Fehlertoleranz. Quera Computing präsentiert eine Roadmap, die bis 2029 eine Milliarde zuverlässiger logischer Operationen erreichen soll und wird unterstützt durch hocheffiziente Fehlerkorrektur-Codes und GPU-Beschleunigung.

In der Quantentechnologie verschiebt sich der Fokus derzeit weg von der reinen Anzahl physischer Qubits, hin zur Qualität und Stabilität logischer Qubits. Nachdem Quera erst kürzlich das System „Libra“ (Megaquop-Klasse) für 2028 angekündigt hatte, legt der Spezialist für Neutralatom-Quantenrechner nun nach. Mit der Gigaquop-Klasse visiert das Unternehmen Systeme an, die den Faktor 1.000 mehr Operationen fehlerfrei ausführen können als bisherige Planungen.

Die Mathematik der Skalierung

Für Entwickler ist besonders das Verhältnis von physischem zu logischem Aufwand interessant. Bisherige Konzepte zur Fehlerkorrektur, wie der Surface Code, verbrauchen oft hunderte oder gar tausende physische Qubits, um ein einziges stabiles logisches Qubit zu erzeugen.

Quera setzt auf sogenannte qLDPC-Codes (Quantum Low-Density Parity-Check). Diese erreichen eine Kodierungsrate von fast 50 Prozent. Das bedeutet in der Praxis: Für ein logisches Qubit werden nur etwa zwei physische Qubits benötigt. Das ist ein technologischer Durchbruch, der den Platzbedarf im Rechenkern drastisch senkt und Systeme mit über 1.000 logischen Qubits auf Basis von nur 20.000 physischen Atomen erst realisierbar macht.

Echtzeit-Fehlerkorrektur durch GPU-Hybrid-Systeme

Ein Quantencomputer der Gigaquop-Klasse erzeugt gewaltige Mengen an sogenannten Syndromdaten. Das sind Informationen darüber, wo im System Fehler aufgetreten sind. Diese müssen in Millisekunden ausgewertet werden, um die Berechnung fortzuführen.

Hier kommt die Zusammenarbeit mit Nvidia ins Spiel. Die Quantenprozessoren werden direkt mit GPU-Clustern gekoppelt. Sie übernehmen die Rolle des Decoders und berechnen die Fehlerkorrektur nahezu in Echtzeit. Für System-Designer zeigt das deutlich: Der Quantencomputer der Zukunft ist kein Stand-alone-Gerät mehr, sondern ein hybrides Hochleistungssystem, das sehr schnelle klassische Rechenleistung als eine Kontrollinstanz benötigt.

Wie wichtig diese Verzahnung ist, betont Timothy Costa, Vice President und General Manager Quantum bei Nvidia: „Logische Qubits im großen Maßstab erfordern Supercomputer, die leistungsfähige Quantenprozessoren mit modernem beschleunigtem Rechnen verbinden, etwa für Quantenfehlerkorrektur und Qubit-Kalibrierung.“

Laut Costa demonstriere die Zusammenarbeit, wie fehlertolerante Quantensysteme, KI und beschleunigtes Rechnen zusammenwachsen, um nützliche hybride Anwendungen in großem Maßstab zu ermöglichen.“

Flexible Architektur durch Neutralatome

Im Gegensatz zu supraleitenden Qubits, die starr verdrahtet sind, nutzt Quera Neutralatome, die mit Laserpinzetten (Optical Tweezers) bewegt werden können. Diese Architektur erlaubt:

• Dynamische Konnektivität: Atome können während der Berechnung neu angeordnet werden.

• Zonierung: Trennung in Speicher- und Rechenzonen, was das thermische Management und die Fehlerrate (Ziel: 10^-9 verbessert.

• Parallele Steuerung: Hunderte von Operationen können zeitgleich mit demselben Laserpuls ausgelöst werden.

Da die Entwicklung von Algorithmen für solche fehlertoleranten Systeme (FTQC) Jahre in Anspruch nimmt, öffnet Quera mit dem „FTQC Founders Circle“ ein Programm für Early Adopter. Unternehmen aus der Materialforschung, Chemie und Logistik sollen bereits heute ihre Problemstellungen auf die künftige Hardware-Architektur anpassen (Co-Design), um beim Start der Gigaquop-Ära 2029 einsatzbereite Algorithmen zu haben. (heh)

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