Rydberg-Ionen erreichen 97% Fidelity mit schnellen Drei-Qubit-Toren für die Quantencomputing

Rydberg-Ionen erreichen 97% Fidelity mit schnellen Drei-Qubit-Toren für die Quantencomputing

Rydberg-Ionen erreichen 97-prozentige Genauigkeit mit schnellen Drei-Qubit-Gattern für Quantencomputer

Zusammenfassung: Forschende haben eine neue Art von Quantencomputer-Gatter entwickelt, das hochangeregte Ionen nutzt und eine Genauigkeit von über 97 Prozent erreicht – bei deutlich höherer Geschwindigkeit als bisherige Methoden. Damit rückt der Bau leistungsfähigerer und zuverlässigerer Quantencomputer in Reichweite, die Fehler während komplexer Berechnungen korrigieren können.

Veröffentlichungsdatum: 22. Dezember 2025, 11:25 Uhr MEZ

Schlagwörter: Forschung, Technologie, Innovation, Informatik, Finanzen, Wearables, Daten- und Cloud-Computing, Kultur- und Reisetrends

Artikel: Ein Forschungsteam hat im Bereich des Quantencomputings einen Durchbruch erzielt: Sie entwickelten ein schnelleres und präziseres Quanten-Gatter, das mit hochangeregten Ionen arbeitet und bei Operationen mit drei Qubits eine Genauigkeit von über 97 Prozent erreicht. Diese Innovation könnte helfen, zentrale Hürden auf dem Weg zu zuverlässigen Quantencomputern zu überwinden.

Die Studie wurde von Wissenschaftler:innen der Universität Innsbruck und der Fachhochschule Oberösterreich geleitet; die Ergebnisse wurden 2025 veröffentlicht.

Im Mittelpunkt der Arbeit stehen in Fallen gefangene Ionen, die in sogenannte Rydberg-Zustände versetzt werden – hochenergetische Quantenzustände, die starke, langreichweitige Wechselwirkungen ermöglichen. Durch die Nutzung dieser Zustände gelang es dem Team, ein kontrolliertes-kontrolliertes-Z-Gatter (CCZ-Gatter) zu realisieren, das in nur zwei Mikrosekunden operiert. Diese Geschwindigkeit stellt einen deutlichen Fortschritt gegenüber herkömmlichen, deutlich langsameren Methoden dar.

Um die Bewegung der Qubits innerhalb der Ionenfalle zu steuern, setzten die Forschenden fehlerresistente SWAP-Gatter ein. Diese ermöglichten eine effiziente Neuordnung der Qubits selbst bei begrenzter Konnektivität im System. Zudem demonstrierte das Team praktisch die Quantenfehlerkorrektur mithilfe des Bacon-Shor-Codes, einer Methode zum Schutz quantenmechanischer Informationen vor Störungen. Geleitet wurde das Projekt von Katrin Bolsmann und Thiago L. M. Guedes, mit Beiträgen von Norman Barth, Peter Hannig und Kolleg:innen des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) Innsbruck. Ihre Experimente mit Barium-Rydberg-Ionen zeigten, dass sich hochpräzise Mehr-Qubit-Gatter realisieren lassen, ohne Kompromisse bei Geschwindigkeit oder Zuverlässigkeit einzugehen.

Die neue Methode führt mikrowellenmodulierte Rydberg-Ionen ein, um Quanten-Gatter umzusetzen – ein Ansatz, der nicht nur die Genauigkeit steigert, sondern auch die Skalierbarkeit zukünftiger Quantenprozessoren vorantreibt.

Die Ergebnisse markieren einen konkreten Schritt hin zu fehlertoleranten Quantencomputern: Das entwickelte Gatter erreicht über 97 Prozent Genauigkeit und arbeitet deutlich schneller als bisherige Lösungen. Damit könnte der Weg geebnet werden für stabilere und effizientere Quantenprozessoren, die in realen Anwendungen zum Einsatz kommen.