Quantencomputer aus einzelnen Atomen haben ein handfestes Problem: Ihre Informationsträger können verloren gehen. Ein Team der Princeton University hat nun in Science ein Verfahren veröffentlicht, das Atome aus einem Vorrat nachliefert, ohne dabei die Quantenzustände bereits gespeicherter Qubits messbar zu stören. Der Versuch löst damit eine wichtige Teilaufgabe für längere Berechnungen. Einen vollständig fehlertoleranten Rechner demonstriert er noch nicht.
Die Fachveröffentlichung von Yiyi Li und Kollegen erschien am 17. September 2026. Eine Vorfassung ist seit Juni 2025 öffentlich. Neu ist also die Veröffentlichung in Science, nicht die erstmalige Vorstellung des Ansatzes.
Nachschub darf die übrigen Atome nicht stören
In solchen Prozessoren halten eng gebündelte Laserstrahlen einzelne Atome fest. Diese „optischen Pinzetten“ erlauben es auch, Atome zu bewegen. Bestimmte innere Zustände der Atome dienen als Qubits, also als Träger von Quanteninformation. Geht ein Atom verloren, fehlt ein solcher Träger. Doch frische Atome zu kühlen und vorzubereiten kann mit Licht verbunden sein, das andere Qubits stört.
Der Princeton-Ansatz kombiniert deshalb einen fortlaufend versorgten Atomvorrat nahe der Rechenzone mit einem geschützten Zustand von Ytterbium-171. Die gespeicherten Qubits reagieren auf das beim Nachladen verwendete Licht anders als die neu vorbereiteten Atome. In der offenen Vorfassung, Abschnitt IV, vergleicht das Team den Betrieb mit und ohne Nachladen: Die untersuchten gespeicherten Quantenzustände zeigten keine zusätzliche messbare Beeinträchtigung. Auch Operationen an einzelnen Qubits waren währenddessen möglich.
500 Entnahmen sind keine 500 fertigen Rechenschritte
Der finale Science-Abstract nennt bis zu 500 Entnahmevorgänge pro Sekunde aus dem Atomvorrat. Werden zusätzlich einzelne Atome vorbereitet, abgebildet und in ihren Ausgangszustand versetzt, entstehen 30 initialisierte Atom-Anordnungen pro Sekunde. Deren Plätze sind zunächst zufällig besetzt.
Die Zahlen beschreiben verschiedene Arbeitsschritte. Sie sind weder der Takt eines fertigen Quantencomputers noch die Zahl vollständig ausgeführter Berechnungen. Der schnelle Nachschub beseitigt einen Engpass; das Vorbereiten und Kontrollieren der Atome bleibt aufwendiger.
Ein Baustein für längere Berechnungen
Kontinuierliches Nachladen ist kein erstmals gelöstes Problem. Eine Nature-Arbeit vom September 2025 zeigte bereits einen anderen Ansatz mit Rubidium-Atomen und optischen Förderbändern. Auch dort blieb die Quanteninformation benachbarter gespeicherter Atome beim Nachladen erhalten. Die verschiedenen Aufbauten lassen sich anhand einer einzelnen Geschwindigkeitszahl nicht sinnvoll gegeneinander ausspielen.
Für einen vollständigen Prozessor nennt die Princeton-Vorfassung weitere Integrationsschritte: Atome gezielt umordnen, Operationen zwischen zwei Qubits ergänzen und während einer Rechnung messen. Erst zusammen mit Fehlerkorrektur kann der Austausch physischer Atome dazu beitragen, die eigentliche Recheninformation über viele Schritte hinweg zu bewahren. Ein frisches Atom ersetzt den verlorenen Informationsträger; dessen früheren Inhalt bringt es nicht automatisch mit.
Titelbild: KI-generiertes Symbolbild zu optisch gehaltenen Atomen, keine Aufnahme des Experiments.
Quellen
- Li et al., Science: Fast, continuous, and coherent atom reloading in a neutral-atom qubit array, 17. September 2026. Finaler Abstract und Publikationsdatum geprüft; Verlagsvolltext nicht zugänglich.
- Li et al., arXiv: Fast, continuous and coherent atom replacement in a neutral atom qubit array, eingereicht am 18. Juni 2025. Offene Vorfassung.
- Chiu et al., Nature: Continuous operation of a coherent 3,000-qubit system, 15. September 2025.
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