Quantencomputer kommen in Bewegung

Bild: QUANTUM / Thomas Ruster

Ein zukünftiger Quantencomputer, welcher „Quantenbits“ oder kurz Qubits benutzt, wäre in der Lage, Rechenprobleme zu lösen, an welchen konventionelle Computer scheitern. Derzeit laufen massive Anstrengungen, Quantenprozessoren mit mehr als einer Handvoll solche Qubits zu realisieren.

Die Herausforderung dabei besteht darin, dass sich die Qubits mit zunehmender Anzahl gegenseitig stören und damit die Qualität der Rechenergebnisse abnimmt. Forscher der Johannes-Gutenberg Universität Mainz (JGU) um Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler und Dr. Ulrich Poschinger haben die Operation eines Registers aus vier Qubits, bestehend aus atomaren Ionen in einer Microchip-Ionenfalle, erfolgreich demonstriert. Die Qubits können in der Falle beliebig positioniert werden, so dass akkurate, von Lasern gesteuerte Rechenoperationen möglich sind. Das Team hat mit dieser Technik einen „verschränkten“ Quantenzustand der vier Qubits realisiert, bei dem jedes Qubit seinen individuellen Zustand verliert, jedoch der Zustand des Gesamtsystem wohldefiniert ist. Dies wurde erreicht durch sequentielle Operationen an Paaren von Qubits, in Kombination mit schnellen Verschiebeoperationen um die Qubits in der Ionenfalle neu anzuordnen. Der resultierende Quantenzustand wird von atomaren Ionen getragen, die auf makroskopische Distanzen bis zu mehreren Millimetern in der Falle verteilt sind.

Dieser Ansatz zur Realisierung eines Quantencomputers wurde von einem Team um Nobelpreisträger David J. Wineland vorgeschlagen. Man spricht auch von einem „Quanten-CCD“ aufgrund der Analogie zur kontrollierten Verschiebung von Ladungsträgern in den Chips, auf denen heutige Digitalkameras basieren.

Die wissenschaftliche Arbeit von Kaufmann et al. erschien kürzlich im internationalen renommierten Journal Physical Review Letters 119, 150503 und stellt einen wichtigen Meilenstein zur Realisierung eines zukünftigen Quantencomputers dar.

Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz (idw)