Google Willow senkt Fehler bei magischen Zuständen um das 40-Fache, zeigt Science-Studie

Googles Quantenteam hat erstmals auf echter Hardware einen günstigeren Weg gezeigt, die besonderen „magischen Zustände“ (Magic States) herzustellen, die ein nützlicher Quantencomputer braucht. Das Ergebnis, am 15. Oktober 2026 in Science veröffentlicht, senkte die Fehler in diesen Zuständen auf Googles Willow-Chip etwa um das 40-Fache. Magische Zustände könnten bis zu 95 % der Kapazität einer künftigen Maschine beanspruchen. Sie günstiger herzustellen, setzt daher an einem der größten Kostenfaktoren des Fachgebiets an.

Googles Ankündigung, verfasst von der Forscherin Emma Rosenfeld und dem Quantensoftware-Ingenieur Craig Gidney, bringt es einfach auf den Punkt: „Wir haben gezeigt, dass die Kultivierung magischer Zustände (magic state cultivation) auf der Hardware von Google Quantum AI funktioniert.“

Was ein magischer Zustand ist

Ein Quantencomputer arbeitet mit Qubits, die Mischungen aus 0 und 1 gleichzeitig halten können. Qubits sind empfindlich, deshalb werden praxistaugliche Maschinen Fehlerkorrektur nutzen. Dabei wird ein zuverlässiges „logisches“ Qubit auf viele physische Qubits verteilt.

Fehlerkorrigierte Maschinen können manche Operationen günstig ausführen. Andere schaffen sie nicht aus eigener Kraft. Dafür bereitet die Maschine vorab einen magischen Zustand vor und verbraucht ihn dann, um die Operation auszuführen, wie Google erklärt. Jeder funktioniert nur einmal. T-States sind eine Art von magischem Zustand.

Magische Zustände herzustellen ist teuer. In Googles Beitrag heißt es, dass „bis zu 95 % der gesamten Kapazität eines Quantencomputers womöglich dafür aufgewendet werden müssen, sie herzustellen“. Quantum Computing Report schreibt, dass ältere Verfahren, Destillation genannt, laut Prognosen 90 % bis 95 % der physischen Qubits einer Maschine belegen sollten. Google zufolge wurde das Problem erstmals 2004 vorhergesehen.

Wie die Kultivierung funktioniert

Gidney, Noah Shutty und Cody Jones von Google Quantum AI haben die Kultivierung magischer Zustände 2024 vorgeschlagen, aufbauend auf einer früheren Idee. Mit dem neuen Paper lief sie zum ersten Mal auf einem echten Chip.

The Quantum Insider beschreibt sie als Filter. Der Chip verteilt einen groben magischen Zustand auf eine kleine Gruppe von Qubits. Dann führt er eine Reihe von Prüfungen durch, verwirft jeden Versuch, der scheitert, und lässt die bestandenen wachsen.

Hier ließ das Team einen Zustand von einem kleinen fehlerkorrigierenden Code in einen größeren wachsen. Die beiden Codes sind als Distance-3-Color-Code und Distance-5-Surface-Code bekannt. Quantum Computing Report nennt es „die erste physische Hardware-Implementierung der Kultivierung magischer Zustände“.

Die Ergebnisse

Messgröße	Ergebnis	Quelle
Fehlerreduktion	Etwa 40-fach gegenüber nicht kultivierten Zuständen	Google
Logische Fidelity der T-States	99,99 %, laut Google ein Rekord	Google
Behaltene Versuche	8 %	Quantum Computing Report
Genutzte Qubits	54 der 105 Qubits von Willow	The Quantum Insider
Speichertest	Fehler etwa 7-mal höher als simuliert	The Quantum Insider

Eine Fidelity von 99,99 % bedeutet ungefähr einen Fehler auf 10.000 Zustände. Die niedrige Behaltensquote von 8 % ist der Preis des Filters: Die meisten Versuche werden verworfen.

Was noch unbewiesen ist

Die Autoren benennen die Grenzen klar. „Natürlich müssen wir die Kultivierung magischer Zustände noch in größerem Maßstab demonstrieren“, heißt es in Googles Beitrag. Er nennt keinen Zeitplan für einen nützlichen Quantencomputer.

The Quantum Insider berichtet, dass gespeicherte Zustände schneller zerfielen, als Simulationen vorhergesagt hatten, mit einer etwa siebenmal höheren Fehlerrate. Den Großteil davon führt das Medium auf Leakage zurück, bei dem ein Qubit aus den zwei Zuständen herausrutscht, die es halten sollte. Die Simulationen hatten diesen Effekt ausgeklammert. Das Medium nennt die Arbeit „einen wichtigen, schrittweisen Fortschritt hin zu praktischem Quantencomputing“.

Auch die Hardware zum Mitspielen zu bringen, kostete Arbeit. Interesting Engineering berichtet, dass frühe Ergebnisse wegen Drift in elektrischen Geräten und Temperaturschwankungen im Labor danebenlagen. Google behob das mit besseren Kontrollen und einer neuen Art des Benchmarkings.

Was das für Entwickler bedeutet

An Ihrem Stack ändert sich dieses Jahr nichts. Google nennt kein Datum für eine nützliche Maschine, und das Verfahren muss erst noch in viel größerem Maßstab funktionieren. Betrachten Sie das als Kostensenkung auf dem Papier, nicht als Produkt.

Achten Sie in Folgepapern auf drei Zahlen: die Behaltensquote von 8 %, die Fehlerrate während der Speicherung und die Zahl der Qubits. Eine nützliche Maschine braucht magische Zustände, die schnell und in großer Menge hergestellt werden. Ein Filter, der 92 % der Versuche verwirft, muss schnell laufen, um mitzuhalten.

Wenn Sie Rechenzeit auf Quantencomputern in der Cloud kaufen oder das Feld für Ihr Unternehmen beobachten, fragen Sie Anbieter, wie sie magische Zustände bereitstellen wollen. Dieser eine Posten könnte entscheiden, wie groß und wie teuer eine nützliche Maschine sein muss.

Für Sicherheitsteams bleibt der Rat derselbe. Stellen Sie auf Post-Quanten-Kryptografie um, also Verschlüsselung, die Quantenangriffen standhalten soll, und zwar nach Ihrem eigenen Zeitplan statt als Reaktion auf Schlagzeilen. Werkzeuge gibt es bereits: OpenSSH 10.6 hat einen Post-Quanten-Signaturtyp eingeführt, und zwar am 6. Oktober.

Das vollständige Paper, „Magic state cultivation on a superconducting quantum processor“, ist in Science unter der DOI 10.1126/science.aee7961 erschienen.