NISQGeräte

NISQ-Geräte (Noisy Intermediate-Scale Quantum) bezeichnen Quantenprozessoren, die in der nahen Zukunft verfügbar sind und eine moderate Anzahl von Qubits besitzen, typischerweise im Bereich von einigen Dutzend bis zu wenigen Hundert, jedoch nicht fehlerkorrigiert betrieben werden. Der Begriff wurde 2018 von John Preskill geprägt, um eine Übergangsphase in der Quantencomputing-Forschung zu beschreiben, in der leistungsfähige Quantenprozessoren für praktikable Aufgaben getestet werden, ohne volle Fehlerkorrektur zu ermöglichen.

Typische Merkmale sind begrenzte Kohärenzzeiten, fehlerhafte Gatter und stärkeres Rauschen durch Crosstalk zwischen den Qubits. Da vollwertige Quantenfehlerkorrektur derzeit unpraktisch oder zu ressourcenintensiv ist, arbeiten NISQ-Geräte mit Fehlersmitigation, variationalen Quantumalgorithmen (VQE, QAOA) und hybriden Quanten-Klassik-Systemen. Die Geräte eignen sich vornehmlich für spezielle Aufgaben wie Quantenchemie, Materialsimulation oder Optimierung, liefern aber bisher keine allgemeine Quantenüberlegenheit gegenüber klassischen Rechnern.

Auf dem Markt und in Forschungseinrichtungen dominieren Techniken mit supraleitenden Qubits und Trapped-Ion-Systemen. Zu den bekannten Plattformen gehören IBM Q-Systeme, Googles Sycamore, Rigetti Aspen und IonQ-basierte Systeme. Da das Rauschen und die Fehlerraten weiterhin hoch sind, werden Experimente oft mit Fehler-Mitigationstechniken versehen, und Software-Ansätze verbessern die Ausführung durch Noise-aware Compilierung und optimierte Circuit-Ansätze.

Ziel der NISQ-Ära ist die Validierung von Algorithmen und ersten praktischen Anwendungen, während der Übergang zu skalierbaren, fehlerkorrigierten Quantenprozessoren weiter vorangetrieben wird. Langfristig hängt der Erfolg davon ab, ob effiziente Fehlerschutzmechanismen und nützliche Quantenklassen leichter nutzbar gemacht werden können.