Quantencomputing · Quantenspeicher

Ein Speicher für empfindliche Quantenzustände

Ein Quantencomputer muss Zustände nicht nur verändern, sondern auch zuverlässig aufbewahren. Ein neuer supraleitender Speicher demonstriert, wie Rechnen und Speichern stärker getrennt werden könnten.

Quellenmeldung: 8. September 20263 Minuten LesezeitQuanto · Wissen erklärt

Geschlossene weiße Kühlgehäuse von IBM-Quantensystemen im Labor. — Geschlossene Kühlgehäuse von IBM-Quantensystemen. Die sichtbare Technik ist viel größer als der eigentliche Chip. Illustratives Archivbild.
Bild: IBM España · Public Domain Mark · Verkleinert, WebP.

Weshalb Speichern eine eigene Aufgabe ist

Ein klassischer Computer hält Daten bereit, während sein Prozessor andere Arbeit erledigt. Ein Quantensystem benötigt ebenfalls Möglichkeiten, Information für spätere Schritte zu bewahren. Allerdings reicht es nicht, nur einen ausgelesenen Wert als Null oder Eins abzulegen. Erhalten bleiben müssen auch die Beziehungen innerhalb des Quantenzustands.

Quantenspeicher werden mit unterschiedlichen physikalischen Systemen erforscht. Je nach Anwendung sollen sie Zustände eines Prozessors aufbewahren oder Information zwischen Licht und Materie übertragen. Gute Speichereigenschaften allein reichen dabei nicht: Auch das Ein- und Auslesen muss zuverlässig funktionieren. [2]

Was im September gezeigt wurde

In Nature Physics beschreiben Ziqian Li und weitere Forschende einen kaskadierten Random Access Quantum Memory, kurz RAQM. Die Arbeit berichtet über eine acht-Bit-Architektur, in der ein einzelnes Transmon sieben Speichermoden klassisch adressiert. Ein Transmon ist ein supraleitendes Quantenschaltelement; Moden sind unterscheidbare Schwingungszustände des Speichers.

Eine Pufferschicht zwischen Prozessor und einem Hohlraum mit mehreren Speichermoden soll unerwünschte Einflüsse des Prozessors auf den Speicher verringern. Für den Zugriff nennen die Autoren eine mittlere Infidelität unter 1,5 Prozent pro Mode. Diese Zahl beschreibt die untersuchte Operation und ist keine allgemeine Fehlerquote eines kompletten Quantencomputers. [1]

IBM Quantum System One am Fraunhofer-Institut. — IBM Quantum System One bei Fraunhofer. Beispiel für supraleitende Quantenhardware; kein Bild des beschriebenen Experiments.
Bild: IBM Research · CC BY 2.0 · Verkleinert, WebP.

RAQM und QRAM auseinanderhalten

Die ähnlich klingenden Abkürzungen beschreiben nicht automatisch dieselbe Fähigkeit. In der hier vorgestellten RAQM-Arbeit wird die Auswahl der Speichermode klassisch gesteuert. Das ist wichtig, um den Umfang der Demonstration richtig einzuordnen. [1]

Bei einem kohärent adressierten QRAM kann dagegen bereits die Adresse Teil eines Quantenzustands sein. Eine andere, im März 2026 veröffentlichte Arbeit untersuchte dafür einen sogenannten Bucket-Brigade-Aufbau. Die beiden Forschungsrichtungen betreffen verwandte Speicherfragen, belegen aber unterschiedliche Funktionen. Deshalb sollte man aus dem September-Ergebnis nicht ableiten, alle gewünschten QRAM-Fähigkeiten seien damit bereits verfügbar. [3]

Warum eine Sicherheitskopie nicht genügt

Bei normalen Dateien schützt eine Kopie oft vor Verlust. Für einen beliebigen unbekannten Quantenzustand gibt es jedoch keinen universellen perfekten Kopiervorgang. Das beschreibt das No-Cloning-Theorem. Es verbietet nicht jede Übertragung von Quanteninformation, sondern das fehlerfreie Duplizieren beliebiger unbekannter Zustände. [4]

Zusätzlich kann die Umgebung die Information stören. Selbst wenn gerade keine Rechenoperation ausgeführt wird, ist ein gespeichertes Qubit nicht automatisch geschützt. Quantenfehlerkorrektur verteilt die logische Information deshalb über mehrere physikalische Systeme und nutzt geeignete Prüfungen, um Fehler zu erkennen, ohne den gewünschten logischen Zustand direkt auszulesen. [5]

Vom Baustein zum vollständigen Rechner

Eine Trennung von Prozessor und Speicher erlaubt es, beide für unterschiedliche Aufgaben zu optimieren. Die neue Architektur zielt außerdem darauf, den Aufwand für Steuerleitungen zu reduzieren. Solche Verbesserungen können beim Aufbau größerer Systeme relevant werden. Sie bedeuten aber noch keinen fertigen Arbeitsspeicher, den man wie ein RAM-Modul in einen beliebigen Quantencomputer einsteckt. [1]

Als Leser sollte man deshalb zwischen einer erfolgreichen Demonstration und einer ausgereiften Gesamtarchitektur unterscheiden. Für eine praktische Nutzung müssen Speicherdauer, Zugriffsqualität, Steuerung und Fehlerbehandlung zusammenpassen. Gerade dieses Zusammenspiel macht die Speicherforschung so wichtig: Ein leistungsfähiger Rechner braucht verlässliche Zustände während des gesamten Ablaufs, nicht nur im Moment eines einzelnen Gatters.

Quellen & weiterführende Texte

Redaktionelle Einordnung mit Stand vom 21. September 2026. Fachbegriffe sind vereinfacht erklärt. Bildquellen und Nutzungsbedingungen stehen direkt unter den jeweiligen Aufnahmen.