Eine QPU (Quantum Processing Unit) ist das quantenhardwaretechnische Äquivalent zu einer CPU. Es ist das physische Gerät, das Qubits speichert und Quantengatteroperationen ausführt. Zu den aktuellen QPU-Technologien zählen supraleitende Qubits (IBM, Google, Rigetti), Qubits mit gefangenen Ionen (IonQ, Quantinuum), photonische Qubits (PsiQuantum, Xanadu) und neutrale Atome (QuEra, Pasqal). Jede Technologie hat unterschiedliche Kompromisse bei Qubit-Anzahl, Gattergenauigkeit, Konnektivität und Kohärenzzeiten. QPUs arbeiten bei kryogenen Temperaturen (supraleitend) oder im Vakuum (gefangene Ionen). Der Zugang wird typischerweise über Cloud-APIs bereitgestellt. Das Ausführen von Schaltkreisen auf einer realen QPU bringt im Vergleich zu Simulatoren stets Rauschen, Transpilations-Overhead und Warteschlangenzeiten mit sich.
Verwandte Begriffe
Qubit
FundamentalsDie grundlegende Einheit der Quanteninformation — das Quantenanalogon zum klassischen Bit.
NISQ
HardwareNoisy Intermediate-Scale Quantum — Geräte mit 50–1000 Qubits ohne vollständige Fehlerkorrektur.
T1 / T2-Zeit
HardwareT1 ist die Energierelaxationszeit des Qubits; T2 ist die Kohärenzzeit (Dephasierung). Beide begrenzen die Schaltkreisdauer.
Fidelität
MetricsEin Maß (0 bis 1) dafür, wie nahe eine tatsächliche Quantenoperation oder ein Quantenzustand am idealen Ziel liegt.
Transpilation
HardwareDer Prozess des Kompilierens eines Quantenschaltkreises in den nativen Gattersatz und die Qubit-Konnektivität eines bestimmten Geräts.
Supraleitendes Qubit
HardwareEin Qubit, das aus einem supraleitenden Schaltkreis mit einem oder mehreren Josephson-Kontakten aufgebaut ist, nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt und mit Mikrowellenpulsen gesteuert wird.
Ionenfallen-Qubit
HardwareEin Qubit, das in den internen Energieniveaus eines einzelnen Ions kodiert ist, das durch elektromagnetische Felder festgehalten und mit Laserpulsen gesteuert wird.
Photonisches Qubit
HardwareEin Qubit, das in einer Eigenschaft eines einzelnen Photons kodiert ist, etwa Polarisation oder Pfad, das durch Glasfaser reisen kann und ohne tiefe Kühlung auskommt.
Neutralatom-Qubit
HardwareEin Qubit, das in den internen Zuständen eines einzelnen neutralen Atoms kodiert ist, das von einem fokussierten Laserstrahl (einer optischen Pinzette) festgehalten wird, wobei Rydberg-Zustände zur Verschränkung benachbarter Atome genutzt werden.