Darstellung der topologischen Phasen dreier Mitglieder der Familie sogenannter „stellated 4.8.8“ Farbcodes, fehlerkorrigierender Codes in der Quantenmechanik, die Quantenrechner gegen Rauschen und Störungen stabil machen sollen.
Beschreibung
Motivation
Quantenrechner versprechen die effiziente Lösung von rechnerischen Problemen, die selbst moderne Superrechner nicht lösen können. Allerdings sind bislang realisierte Quantenrechner verrauscht. Die Berechnungen auf diesen Quantenrechnern sind sehr anfällig gegenüber Rausch‐Störungen. Praktisches Quantencomputing bedarf daher einer effektiven Fehlerkorrektur, um dieses Rauschen zu korrigieren. Qubit‐Systeme, auf denen die Rechner basieren, funktionieren also nicht perfekt. Für einen einzelnen rauschkorrigierten Qubit braucht man viele Korrektur‐Qubits. Bisher entwickelte Fehlerkorrekturschemata, um diese Probleme zu lösen, sind jedoch sehr ressourcenintensiv und können daher in heute verfügbaren Systemen bislang nicht verwendet werden.
Ziele und Vorgehen
Das vorliegende Projekt erkennt an, dass ohne Quanten‐Fehlerkorrektur kaum Quantenvorteile erreichbar sind, jedoch bekannte Methodiken für die mittelfristig verfügbare NISQ‐ (Noisy Intermediate Scale Quantum Computer) Gerätegeneration nicht nutzbar sind. Stattdessen wird ein innovatives Verfahren der Quanten‐Fehlermitigation vorgeschlagen, das in einer Hierarchie zunehmender Komplexität Fehler in realistischen Quantenplattformen systemspezifisch unterdrückt. Das Ziel ist die Entwicklung einer Hierarchie von Quanten‐Fehler‐Mitigationsalgorithmen, die individuelle, reale physikalische Geräteeigenschaften von vornherein berücksichtigt und mit einem deutlich geringeren Ressourcenbedarf einhergeht.
Innovation und Perspektiven
Im Erfolgsfall kann es gelingen, Rechner der mittelfristig verfügbaren NISQ-Generation mit einem wirksamen Fehlerkompensationsverfahren auszustatten. Der gesellschaftliche Nutzen ist dann erheblich, weil es die Möglichkeit eröffnet, verhältnismäßig kleine, verrauschte (NISQ‐) Quantenrechner für praxisrelevante Aufgabenstellungen nutzbar zu machen.
