Quantencomputer gelten als die Zukunft der Computer-Technologie. Ihre Entwicklung wäre ein radikaler Umschwung in der Art und Weise, wie Computer arbeiten. Aber bis es soweit ist, wird noch einige Zeit vergehen. Forschern der Harvard University und der University of Maryland gelang es nun, einen neuen quantenphysikalischen Rekord aufzustellen, der einen funktionierenden Quantencomputer wieder ein Stück näher rücken lässt.


IBM Quantencomputer

Qubits: Die Bits der Quantencomputer

Dank Phänomene wie Quantenüberlagerung und -verschränkung können Quantencomputer auch kompliziertere Rechenoperationen mit hoher Geschwindigkeit parallel abarbeiten. Allerdings verfügen aktuelle Quantencomputer lediglich über wenige Qubits – in der Welt der Quantencomputer entsprechen Qubits den Bits, die wir von normalen Computern kennen. Qubits reagieren extrem sensibel auf ihre Umgebung. Bereits kleine Störungen können dazu führen, dass sie ihre Quantenstruktur verlieren. In einem Quantencomputer müssen die Qubits allerdings miteinander interagieren können. Dies mit einer größeren Anzahl Qubits zu realisieren, ist eine der größeren Herausforderungen bei der Entwicklung von Quantencomputern.

Zwei Forschergruppen aus den USA konnten nun aber einen großen Schritt in Richtung derartiger Systeme machen. Mikhail Lukins Team aus Harvard sowie einer Gruppe um Christopher Monroe von der University of Maryland konstruierten unabhängig voneinander Quantensimulatoren mit mehr als 50 Qubits. Lukins Team nutzte neutrale Rubidium-Atome als Qubits, Monroes Gruppe utilisierte dazu 53 ionisierte Ytterbium-Atome 51 .


Quantensimulatoren sind sozusagen eine Vorstufe von Quantencomputern. Statt wie letztere frei programmierbar zu sein, sind Quantensimulatoren auf eine bestimmte Aufgabe abgestimmt. Diese wird von ihrem Aufbau bestimmt.

Unterschiedliche Herangehensweisen

Monroes Team realisierte den 53-Qubit-Simulaor mit einer Wolke von Ytterbium-Ionen in einer Vakuumkammer. Die Ionen sind alle gleich geladen und stoßen sich daher ab. Die Forscher fixierten die Ionen mit einem elektrischen Feld und reihten Sie in einer perfekten Teilchen-Linie auf. So konnten die Atome wie Qubits miteinander reagieren.

Im Rahmen der Quantensimulation beschossen die Physiker die Ionen dann mit Laserstrahlen. So störten sie ihren Spinzustand und zwangen die Qubits, einen neuen Quantenzustand einzunehmen. Diese Zustandsveränderung dient dann dazu, bestimmte Operationen durchführen zu können.

„Unser System mit bis zu 53 gefangenen Ionen-Qubits ist unseres Wissens nach die größte Quantensimulation, die jemals mit hocheffizienter Messung einzelner Qubits durchgeführt wurde“, so Monroe.

Lukins Team näherte sich dem Problem anders. Die Forscher schufen einen Quantensimulator aus neutralen Rubidium-Atomen. Sie kühlten eine Wolke der Atome in einem Vakuum auf eine Temperatur nahe des absoluten Nullpunkts. Dadurch brachten sie die Atome in den Zustand ihrer niedrigsten Energie. Im Anschluss erzeugten die Physiker ein künstliches Gitter aus Laserlicht. So wurde jedes Atom individuell festgehalten. Die Rechenoperationen werden in diesem Simulator mit Hilfe des Energiezustands der Elektronen durchgeführt.

Quantencomputer mit 100 Qubits

Beide Teams sind überzeugt davon, ihre Systeme mittelfristig auf 100 Qubits oder mehr erweitern zu können. Das ist ein Bereich, die bei einem richtigen Quantencomputer bereits interessant wird. „An diesem Punkt könnte man damit beispielsweise schwierige Probleme in der Quantenchemie oder der Materialforschung lösen“, so Jiehang Zhang von Monroes Team.

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2 Kommentare

  1. eisvogel

    6. Dezember 2017 at 12:01

    Schade, FAS

  2. eisvogel

    6. Dezember 2017 at 12:04

    …das wird wohl nix mehr heuer mit Quantenlaptop unterm Weihnachtsbaum.

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