IBM verbindet zwei 120-Qubit-Prozessoren mit 99% Übertragungsgenauigkeit

IBM-Forscher haben zwei 120-Qubit-Nighthawk-R1-Prozessoren verbunden und eine durchschnittliche Genauigkeit der Quantenzustandsübertragung von 99 % erreicht. Das Experiment zeigte die Möglichkeit auf, einzelne supraleitende Chips zu größeren Systemen zu kombinieren. Die Ergebnisse befinden sich in einem Preprint und wurden noch nicht unabhängig begutachtet.

Das Skalieren ist eine der Hauptherausforderungen von Quantencomputern: Die Erhöhung der Anzahl der Qubits auf einem einzelnen Chip erschwert das Management, die elektronischen Verbindungen und die Fehlerunterdrückung. Eine Alternative besteht darin, mehrere kleinere Chips zu kombinieren, was jedoch die Übertragung von Zuständen zwischen Prozessoren erfordert, ohne die Information zu zerstören.

Das IBM-Team verwendete vier L-Koppler-Verbinder. Jeder enthält ein supraleitendes Aluminium-Koaxialkabel von 80 cm Länge, zwei abstimmbare Zwischenqubits und zwei auf RF-SQUID basierende Kopplungselemente. Die Kabel sind senkrecht zu den Prozessoroberflächen verbunden, was mehr Verbindungen ermöglicht. Der Qubit-Zustand wird nacheinander durch den Verbinder zu einem Qubit eines anderen Prozessors übertragen. Der beste Verbinder erreichte 99,29 %: Der übertragene Zustand entspricht dem Original mit hoher Genauigkeit.

Um den gemeinsamen Betrieb der Chips zu testen, wurden Zwei-Qubit-CZ-Operationen durchgeführt, die Verschränkung erzeugten. Die durchschnittliche Genauigkeit der Interprozessor-Operationen betrug 94,75 %, mit einem Maximum von 96,42 %. Die Wissenschaftler erzeugten auch gleichzeitig zwei verschränkte Paare durch benachbarte Verbinder und demonstrierten vier- und sechs-Qubit-GHZ-Zustände, die zwischen den Prozessoren verteilt sind.

Ein universelles System, das in der Lage ist, alle 240 Qubits für beliebige Algorithmen zu nutzen, wurde nicht demonstriert. Die Hauptbegrenzung ist die Qualität der Interprozessor-Operationen: 94,75 % ist deutlich niedriger als die besten Zwei-Qubit-Operationen innerhalb moderner Chips, und bei komplexen Algorithmen häufen sich die Fehler. Kohärenzverluste und die Eigenschaften der Verbinder beeinflussen die Übertragung: Das Magnetfeld während der Kabelkühlung verschlechtert ihre Parameter erheblich.

Laut IBMs Fahrplan planen sie, bis zu drei Nighthawk-Module zu Systemen mit 360 programmierbaren Qubits zu kombinieren. Im August stellte das Unternehmen eine modulare kryogene Architektur zur Unterbringung und Kühlung mehrerer Prozessoren vor.