Quantencomputer: Physiker vereinfacht Grundlage

Verfasst von ictk am 16.02.2018 - 01:12

Um Rechenoperationen schneller als traditionelle Computer lösen zu können, nutzen Quantencomputer bestimmte Eigenschaften, wie etwa die Verschränkung winziger Teilchen. Ein Physiker der Uni Wien hat nun den Nachweis, ob die Quanten wirklich verschränkt sind, deutlich vereinfacht.

Im Gegensatz zum normalen Computer, für den die grundlegende Informationseinheit das Bit ist, das exakt zwei Zustände einnehmen kann (0 oder 1), arbeitet der Quantencomputer mit Qubits. Diese Quantensysteme - etwa Atome oder Photonen - gehorchen den Gesetzen der Quantenphysik und können daher nicht nur „0“ und „1“, sondern auch beide Zustände gleichzeitig annehmen. Im Jargon der Physiker heisst dies "Superposition".

Damit der Quantencomputer sein volles Potenzial ausschöpfen kann, müssen mehrere Qubits miteinander verschränkt werden. Bei diesem von Albert Einstein als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichneten Phänomen bleiben zwei Quantensysteme über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Was immer man mit einem tut, beeinflusst augenblicklich auch den Zustand des anderen. Das Problem dabei ist, dass derzeit eine Vielzahl von wiederholten Messungen notwendig sind, um zuverlässig nachzuweisen, dass die Qubits verschränkt sind. Je öfter diese Messung wiederholt wird, desto sicherer ist der Nachweis. Bei grossen Quantensystemen mit zahlreichen Qubits bindet dies viel Zeit und Ressourcen bzw. wird unmöglich.

Gemeinsam mit Aleksandra Dimic von der Universität Belgrad hat Borivoje Dakic von der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) nun eine neuartige Nachweismethode entwickelt. Durch geschickte Wahl der Messung einzelner Qubits lassen sich die einzigartigen Fingerabdrücke nachweisen, die die Verschränkung im Messergebnis hinterlässt. So kann mit deutlich weniger Ressourcen und in vielen Fällen mit nur einem einzigen Messdurchgang Verschränkung in grossen Systemen mit Sicherheit bestätigt werden.