Ein wesentliches Problem bei den derzeit führenden Ansätzen zur Fehlerkorrektur in Quantencomputern ist die Notwendigkeit, den Quantenprozessor während der Berechnung wiederholt anzuhalten und zu messen – ein Vorgang, der langsam und technisch anspruchsvoll ist und selbst eine erhebliche Fehlerquelle darstellt. Nun hat ein Team von Forscher:innen der Universität Innsbruck, der RWTH Aachen, des Forschungszentrums Jülich und des Spin-offs Alpine Quantum Technologies (AQT) einen fehlertoleranten Quantenalgorithmus ohne solche Unterbrechungen demonstriert.
Schneller und weniger fehleranfällig
In einer in Nature Communications veröffentlichten Studie stellt das Team einen umfassenden Werkzeugkasten fehlertoleranter Quantenoperationen vor, der Fehlermessungen während des Programmablaufs überflüssig macht. Anstatt die Berechnung anzuhalten, um Fehlerinformationen auszulesen und klassisch über eine Korrektur zu entscheiden, verarbeitet der neue Ansatz Fehlerinformationen kohärent. „Das geschieht vollständig innerhalb der Quantenberechnung selbst, wobei nur Standard-Quanten-Gatteroperationen verwendet werden”, sagt Friederike Butt. „Dadurch ist die Methode schneller und potenziell weniger fehleranfällig als herkömmliche Verfahren und eignet sich besonders gut für Hardwareplattformen, auf denen Messungen besonders aufwendig sind.“
Machbarkeit aufgezeigt
Um ihren Ansatz zu testen, implementierten die Forscher Grovers Quantensuchalgorithmus fehlertolerant auf drei logischen Qubits, die in acht physikalischen Qubits eines Ionenfallen-Quantenprozessors kodiert waren. Das Experiment identifizierte die richtigen Lösungen mit hoher Wahrscheinlichkeit und lieferte damit einen überzeugenden Proof-of-Concept. „Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass ein vollständig fehlertoleranter Quantenalgorithmus ohne Fehlermessungen während des Programmablaufs ausgeführt werden kann“, sagt Ivan Pogorelov vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. „Das ist ein neues Paradigma für die Quantenfehlerkorrektur, und dieses Experiment ist ein erster, wichtiger Schritt zur Ausschöpfung seines vollen Potenzials“, fügt Teamleiter Thomas Monz hinzu.
Praktische Hürden abgebaut
Die neue Methode wurde von Friederike Butt und Markus Müller an der RWTH Aachen und am Forschungszentrum Jülich entwickelt, während die experimentelle Umsetzung von Ivan Pogorelov und anderen an der Universität Innsbruck durchgeführt wurde. Ihre Ergebnisse belegen die praktische Machbarkeit solcher Algorithmen und stellen einen wichtigen ersten Schritt zur Erforschung dieses weitgehend unbekannten Felds der Quanteninformatik dar.
Die Arbeit wurde von der Europäischen Union, dem Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG, der Industriellenvereinigung Tirol und weiteren Förderinstitutionen unterstützt.
Publikation: Demonstration of measurement-free universal logical quantum computation. Friederike Butt, Ivan Pogorelov, Robert Freund, Alex Steiner, Marcel Meyer, Thomas Monz & Markus Müller. Nature Communications (2026) 17:995. DOI: 10.1038/s41467-026-68533-x