Unternehmen drängen darauf, Quantencomputer zu bauen. Wie erkennt man, wer vorne liegt? Eine der wichtigsten Kennzahlen heißt Fidelität.
Quantencomputer müssen in drei Dingen gut sein:
- Einzel-Qubit-Gatter: ein Qubit drehen.
- Zwei-Qubit-Gatter: zwei Qubits miteinander verschränken.
- Messungen: das Ergebnis ablesen.
Jeder Bereich hat seine eigene Fidelität. Wir behandeln alle drei.
Einzel-Qubit-Fidelität
Einzel-Qubit-Gatter sind Rotationen eines Quantenzustands. Der einfachste Weg, Einzel-Qubit-Fidelität zu erklären:
Wenn ein Quantencomputer eine 180°-Rotation versucht, wie nah kommt er dran?
Auf der Bloch-Kugel können Sie das direkt vorstellen. Das Qubit beginnt am Nordpol. Eine perfekte 180°-Rotation bringt es exakt zum Südpol. Eine leicht falsche Rotation lässt es ein Haar kürzer landen.
Ein Beispiel mit Ionenfallen
Konkret: In einem Ionenfallen-Quantencomputer werden Gatter durchgeführt, indem ein Laser für eine kurze Zeit – einen Puls – auf ein Elektron-Qubit geschossen wird.
Schaltet sich der Laser ein, beginnt der Quantenzustand zu rotieren. Schaltet sich der Laser aus, stoppt die Rotation.
Drei Faktoren bestimmen, wo der Zustand landet:
- Die Laserleistung bestimmt, wie schnell er rotiert.
- Die Pulslänge bestimmt, wie weit er rotiert.
- Die Laserfrequenz bestimmt die Rotationsachse. Je näher die Frequenz an der „Übergangsfrequenz“ des Qubits liegt, desto näher liegt die Achse an der x-Achse.
Für eine perfekte 180°-Rotation um die x-Achse (ein X-Gatter) müssen alle drei nahezu perfekt sein. In echter Hardware ist keiner davon perfekt.
Testen Sie Ihre Fidelität
In der Qubi-App
Spielen Sie „Wie hoch ist Ihre Fidelität?“
Tippen, um den Laser zu starten, tippen, um zu stoppen. Wie nah kommen Sie an perfekte 180° heran? Schlagen Sie die 99,5 % von IBM Hanoi?
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Wie sie tatsächlich gemessen wird
Zwei zusätzliche Details zur praktischen Messung der Fidelität.
Die Auslese. Messen wir den rotierten Zustand in der Auf/Ab-Basis, sollte eine perfekte 180°-Rotation jedes Mal ab ergeben. Ist die Rotation nicht perfekt, bekommen wir manchmal auf. Wir zählen also: Von 10.000 Schüssen, wie viel Prozent kamen als ab heraus? Dieser Prozentsatz ist unsere Fidelität.
Alle Achsen. Firmen testen nicht nur X. Manche Hardware ist gut darin, um eine Achse zu rotieren, schlechter bei anderen. Produktions-Benchmarks mitteln die Fidelität über viele zufällige Rotationen (eine Technik namens Randomized Benchmarking), um eine einzelne Zahl zu erhalten, die die Gesamtqualität des Gatters darstellt.
Zwei-Qubit-Fidelität
Zwei-Qubit-Fidelität ist die einzige wichtigste Kennzahl im gesamten Quantencomputing.
Sie wird genauso gemessen wie Einzel-Qubit-Fidelität, nur testen wir jetzt Gatter, die Verschränkung erzeugen. Beispiel: Wie perfekt kann ein Quantencomputer aus |00⟩ den Bell-Zustand (|00⟩ + |11⟩)/√2 erzeugen? Lesen wir je |01⟩ oder |10⟩ aus, ist die Fidelität niedrig.
|+⟩|0⟩ produces a clean Bell state: the red and blue worlds split cleanly on both spheres. An imperfect one leaves residual overlap, which is exactly what shows up as 01 or 10 outcomes you weren't supposed to get.Warum Zwei-Qubit-Fidelität so wichtig ist: Zwei-Qubit-Gatter waren historisch furchtbar. Moderne Quantencomputer liegen bei etwa 99,9 %, und die allerbesten Demonstrationen haben 2025 gerade erst 99,99 % überschritten. Selbst bei 99,9 % bedeutet das ~0,1 % Fehlerwahrscheinlichkeit pro Gatter. Ein Schaltkreis mit tausend davon, und die Fehler häufen sich zu Unsinn.
Der große Gewinn: Fehlerkorrektur verdrahtet viele unvollkommene physikalische Qubits zu einem einzigen robusten logischen Qubit. Jenseits einer Schwelle von etwa 99 % physischer Fidelität häufen sich Fehler nicht mehr, sondern werden aktiv unterdrückt. Google demonstrierte das 2024. Der Haken: Fehlerkorrektur wird erst praktikabel (mit vernünftigem Qubit-Overhead), wenn man komfortabel im Bereich 99,9 % – 99,99 % liegt – genau dort, wo die führende Hardware heute steht.
Deshalb kämpfen Firmen um die letzten Nachkommastellen. Oxford Ionics hielt den vorherigen Rekord mit 99,97 % im Jahr 2024 und wurde 2025 von IonQ übernommen; Ende 2025 überschritt das gemeinsame Team als erstes 99,99 % Zwei-Qubit-Fidelität.
Mess-Fidelität
Selbst nachdem Sie Ihre Qubits perfekt gedreht und tadellos verschränkt haben, müssen Sie das Ergebnis noch auslesen.
Mess-Fidelität ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Detektor das richtige Ergebnis meldet. Manchmal kollabiert ein Qubit tatsächlich zu |1⟩, aber der Detektor meldet |0⟩. Sie wird auch Auslese-Fidelität genannt, formal SPAM (State Preparation and Measurement). Beide werden meist zusammengeworfen, weil beide zu Fehlern an der Grenze zwischen Quanten und klassisch beitragen.
|+⟩ and measured. The perfect detector always reports the true outcome. The noisy detector flips the answer one time in four: same physical collapse, wrong readout.Moderne supraleitende Detektoren erreichen typischerweise 98–99 %; Ionenfallen- und Neutralatom-Auslesen können 99,9 % überschreiten.
Aktuelle Bestenliste
Die führenden operationellen Quantencomputer nach veröffentlichter Zwei-Qubit-Fidelität, live aus unserem Quantencomputer-Verzeichnis:
| System | Hersteller | 2-Qubit | 1-Qubit |
|---|---|---|---|
| Helios | Quantinuum | 99.92% | 100.00% |
| Tempo | IonQ | 99.90% | 99.99% |
| 11-qubit atomic-precision processor | Silicon Quantum Computing (SQC) | 99.90% | n/v |
| Willow | Google Quantum AI | 99.88% | 99.97% |
| Sqale | Infleqtion | 99.73% | n/v |
| Orion Gamma | Pasqal | 99.70% | 99.90% |
Zahlen sind herstellerveröffentlicht. Wo Drittparteien-Benchmarks abweichen, vermerkt das Verzeichnis die Diskrepanz. Sehen Sie das vollständige Verzeichnis für Quellen und systemspezifische Details.
Wie es weitergeht
Die Fehlerkorrektur-Schwelle zu überschreiten ist der Moment, in dem Quantencomputer keine Demos mehr sind, sondern Maschinen werden. Eine Anleitung zur Fehlerkorrektur folgt bald.