Am 9. Dezember 2024 veröffentlichte Google Quantum AI in Nature Ergebnisse, die zeigen, dass ihr Willow-Supraleitungsprozessor einen kritischen Meilenstein in der Quantenfehlerkorrektur erreicht hat: erstmals den Betrieb eines Surface Codes unterhalb der Fehlerschwelle.
Das zentrale Ergebnis ist 1 logisches Qubit, realisiert als Distanz-7-Surface-Code-Speicher auf einem 105-Qubit-Prozessor. Der Code verwendet 101 physikalische Qubits (49 Daten-Qubits, 48 Mess-Qubits und 4 Leckage-Entfernungs-Qubits). Bei jedem Anstieg der Code-Distanz wird die logische Fehlerrate um mehr als den Faktor zwei unterdrückt.
Wichtige Ergebnisse des Willow-Experiments:
- 1 logisches Qubit — Distanz-7-Surface-Code auf 105 physikalischen Qubits
- Λ = 2,14 ± 0,02 — logischer Fehler wird bei jeder Erhöhung der Code-Distanz um 2 halbiert (Unterschwellenbetrieb bestätigt)
- Logischer Fehler pro Zyklus: 0,143 % ± 0,003 % bei Distanz 7
- Logische Lebensdauer: 291 ± 6 μs — 2,4-mal länger als das beste physikalische Qubit (119 μs)
- Echtzeit-Decoder bei Distanz 5: mittlere Latenz 63 μs, stabil über 106 Fehlerkorrekturzyklen
- Hochdistanz-Wiederholungscodes bis Distanz 29, 5,5 Stunden lang betrieben; seltene korrelierte Fehler mit einem Boden bei ~10−10 pro Zyklus identifiziert
Der Betrieb unterhalb der Schwelle bedeutet, dass das Hinzufügen weiterer physikalischer Qubits zum logischen Qubit den logischen Fehler immer reduziert — eine notwendige Bedingung für praktisches fehlertolerantes Quantenrechnen. Vor Willow hatte kein Quantenprozessor diese Eigenschaft in einem Surface Code eindeutig demonstriert.
Das logische Distanz-7-Qubit übertraf auch den Break-Even-Punkt: Seine Kohärenzlebensdauer überstieg die jedes seiner 101 physikalischen Qubits und bewies damit, dass die Fehlerkorrektur bereits einen Nettonutzen bringt.