Quantenfehlerkorrektur
Unumgänglich
Will man Quantenzustände für Berechnungen nutzen, darf die Umgebung sie nicht beeinflussen. Durch cleveres Verknüpfen mehrerer Qubits lassen sich einzelne Fehler detektieren und korrigieren, ohne die Quantenzustände zu stören.
Mit einem Algorithmus für Quantencomputer erregte der Physiker Peter Shor 1994 Aufsehen: Das Verfahren sollte ganze Zahlen in ihre Primfaktoren zerlegen und in polynomieller Zeit laufen – viel schneller als jede klassische Methode. Das gefährdete populäre Kryptografieverfahren, die darauf basieren, dass die Primfaktorzerlegung großer Zahlen lange dauert. Qubits bilden jedoch filigrane Systeme, die anfällig sind für ungewollte Umgebungseinflüsse (siehe Artikel „Bauart“ auf Seite 38). Deshalb erschien es damals unwahrscheinlich, dass sie jemals robust genug selbst für das Faktorisieren kleiner Zahlen sein könnten – ganz zu schweigen von den hundertstelligen in der Kryptografie. Doch ein Jahr später präsentierte Shor als Lösung die Quantenfehlerkorrektur.
Statt die teilweise stark fehlerbehafteten physischen Qubits zu verwenden, verknüpft sein Schema neun davon zu einem logischen Qubit – heute bekannt als Shor-Code (siehe Artikel „Ansichtssache“ auf Seite 14). Dadurch lassen sich einzelne fehlerhafte Qubits erkennen und beheben, ohne den Quantenzustand zu zerstören. Dieses Schema legte das Fundament für zuverlässige Quantenalgorithmen.