Formel für verschränkte Quanten-Bits gefunden

Ein Forscherteam hat erstmals den Verbrauch der Ressource ‚quantenmechanische Verschränkung’ beschrieben. Die Wissenschaftler sprechen von einem wichtigen Schritt in der Quanteninformationstechnologie.

Information wird hier in „Quanten-Bits“ kodiert; Photonen, Atome, Ionen oder andere Quantenobjekte dienen als physikalische Träger dieser elementaren Einheit. Für den letzten Schritt zum Quantencomputer fehlt bisher aber ein hinreichendes Verständnis der grundlegenden Ressource der Quanteninformationstechnologie, der „Verschränkung“ der die Quanten-Bits darstellenden Teilchen. Diese garantiert eine in der uns umgebenden, mikroskopischen Welt unerreichbar starke Korrelation der Quantenbits im Laufe der Ausführung eines Quantenalgorithmus. Sie erlaubt somit eine Synchronizität, die sich auf herkömmlichen, „klassischen“ Supercomputern nicht erzielen lässt.

Ein internationales Forscherteam um die Quantenphysiker Markus Tiersch, Fernando de Melo und Andreas Buchleitner von der Uni Freiburg hat nun eine einfache Formel zu dem Thema vorgelegt. Sie soll erstmals die Abschätzung der Lebensdauer dieser Ressource der Quanteninformationsverarbeitung unter sehr allgemeinen Bedingungen ermöglichen.

„... Mit unserer Formel bringen wir nun erstmals eine relativ große und für die Anwendung – etwa in der Kryptographie – relevante Klasse von Szenarien unter einen Hut“, sagt Andreas Buchleitner. Dank ihrer einfachen Struktur habe die Formel fast schon Lehrbuchcharakter. Doch die Freiburger Quantenmechaniker und ihre Kollegen aus Aachen, Brasilien und Südafrika sind lange noch nicht zufrieden. Die Formel gilt nämlich bislang nur für aus zwei Quantenbits konstruierte Quantencomputer.

Das nächste Ziel ist die Verallgemeinerung für wirklich große Register von Quantenbits. In einem richtigen Quantencomputer müssen tausende solcher Bausteine miteinander verschränkt werden: „Damit nähern wir uns letztlich dem makroskopischen Grenzfall – ob quantenmechanische Interferenzeffekte sich auf diesem Komplexitätslevel noch identifizieren und gar nützen lassen, ist eine der spannendsten und anspruchvollsten Fragen der aktuellen Grundlagenforschung“, so Buchleitner. (dsc)

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