Google Quantum AI hat am Donnerstag, 15. Oktober, in der Fachzeitschrift Science ein Experiment vorgestellt, das auf seinem Chip Willow durchgeführt wurde: die «Kultivierung magischer Zustände». Laut dem Unternehmen senkt diese Technik die Fehler bei einer der kostspieligsten Ressourcen des Quantencomputings um rund das 40-Fache. Das Ergebnis ist solide, bleibt aber ein Laborergebnis, das Google selbst als Etappe bezeichnet, die sich in grösserem Massstab noch bestätigen muss.

Warum ein Quantencomputer magische Zustände braucht

Ein Quantencomputer korrigiert seine Fehler, indem er eine Information auf eine grosse Zahl physischer Qubits verteilt. Dieses Prinzip funktioniert für die meisten Operationen, doch eine unverzichtbare Familie entzieht sich ihm: die sogenannten T-Gatter. Ohne sie, so erklärt das Journal du Coin, kommt die Maschine nicht über das hinaus, was ein klassischer Computer simulieren kann. Genau diese Operationen machen sie zu einer universellen Maschine.

Um ein T-Gatter auszuführen, muss zuerst ein «magischer Zustand» vorbereitet werden, ein besonderer Quantenzustand, der bei der Verwendung verbraucht wird. Ihre Herstellung fällt schwer ins Gewicht: Gewisse Schätzungen sahen bis zu 95 Prozent der Kapazität einer Maschine allein für diese Aufgabe vor. Seit der von Sergei Bravyi und Alexei Kitaev im Jahr 2004 vorgeschlagenen Destillationsmethode wurden sie in sperrigen Qubit-«Fabriken» erzeugt.

Die Methode: filtern statt destillieren

Die Kultivierung, 2024 von Craig Gidney und seinen Kollegen theoretisch beschrieben, funktioniert wie ein Filter. Man speist einen verrauschten Zustand in einen kleinen Bereich des Chips ein, reiht koordinierte Messungen aneinander und verwirft dann jeden Versuch, der eine der Kontrollen nicht besteht.

Auf Willow erzielte das Team von Emma Rosenfeld und Craig Gidney T-Zustände mit einer Treue von 99,99 Prozent, laut Google «eine 40-fache Reduktion der Fehler im Vergleich zu nicht kultivierten Zuständen». Dazu gingen die Forschenden von einem Farbcode der Distanz 3 zu einem Oberflächencode der Distanz 5 über. Das Experiment beanspruchte höchstens 54 der 105 Qubits des Chips.

Die Grenzen des Ergebnisses

Die Ausbeute bleibt gering: Nur 8 Prozent der Versuche bestanden alle Kontrollen, was bedeutet, dass die grosse Mehrheit der Versuche verworfen wird. Google warnt, man müsse «die Kultivierung noch in grösserem Massstab demonstrieren», und räumt ein, dass zahlreiche technische Herausforderungen bestehen bleiben.

Der Abstand zu den Anforderungen einer wirklich nützlichen Berechnung ist beträchtlich. Laut dem Blogbeitrag von Google und dem zugehörigen Paper würde die Faktorisierung eines RSA-2048-Schlüssels Zustände erfordern, die rund eine Million Mal sauberer sind, mit einem auf einen zu zehn Milliarden gesenkten Fehler. Das Paper stellt jedoch ein günstiges Skalierungsgesetz in Aussicht: Die Kultivierungsfehler nehmen mit der dritten Potenz des Hardware-Rauschens ab. Eine Halbierung des Rauschens von Willow würde den Fehler damit auf etwa zwei zu 100'000 senken. Es handelt sich um eine Projektion, nicht um eine Messung.

Quanten-Bitcoin: eine bestätigte Annahme, keine unmittelbare Bedrohung

Die Verbindung zu den Kryptowährungen führt über die Ressourcenschätzungen. Im Mai 2025 senkte Craig Gidney die Kosten für die Faktorisierung eines RSA-2048-Schlüssels auf weniger als eine Million verrauschte Qubits, zwanzigmal weniger als seine Schätzung von 2019. Die Kultivierung gehörte bereits zu den Annahmen dieser Berechnung. Im März bezifferte ein gemeinsam mit Justin Drake und Dan Boneh verfasstes Whitepaper von Google die Kosten, um die elliptische Kurve von Bitcoin zu knacken, auf unter 500'000 physische Qubits. Laut dem Journal du Coin ist die Schwelle, um einen secp256k1-Schlüssel zu knacken, Ende August auf 813 logische Qubits gesunken.

Die Demonstration vom Donnerstag macht somit aus einer der Annahmen dieser Modelle ein experimentelles Ergebnis. Einen konkreten Angriff rückt sie deshalb kurzfristig nicht näher: Willow zählt nur 105 physische Qubits, und die Ausbeute der Kultivierung liegt weiterhin bei 8 Prozent. Das gesicherte Ergebnis betrifft einen Grundbaustein; die Bedrohung für ECDSA-Signaturen bleibt eine Perspektive, deren Zeitplan von noch nicht demonstrierten Fortschritten bei der Hardware abhängt.

Der regulatorische Zeitplan schreitet seinerseits voran. Das NIST plant, die verwundbaren Algorithmen nach 2030 als veraltet einzustufen und sie nach 2035 zu verbieten. Circle veröffentlicht seit August eine öffentliche Übersicht über den Abstand zwischen demonstrierten und benötigten Qubits. Bei Bitcoin kommen die Schutzvorschläge, allen voran BIP-360 und BIP-361, im Tempo des Konsenses der Community voran.

Quellen

  • Journal du Coin: «Bitcoin : Google réduit par 40 les erreurs quantiques»