Quanten-Rechnen: Fragil und doch fehlerfrei
Physiker haben im Labor ein Quantenbit in verschränkten Zuständen mehrerer Teilchen kodiert und damit erstmals einfache Rechnungen durchgeführt. Das siebenteilige Quantenregister könnte als Grundbaustein für einen Quantencomputer dienen, der beliebige Fehler korrigieren kann. Die Forscher berichten darüber in der Fachzeitschrift Science.
Auch Computer sind fehleranfällig. Schon kleine Störungen können gespeicherte Informationen verändern und das Rechenergebnis verfälschen. Deshalb nutzen Computer spezielle Verfahren, mit denen Fehler laufend entdeckt und korrigiert werden können. Auch ein zukünftiger Quantencomputer benötigt eine Fehlerkorrektur: „Quantenphysikalische Phänomene sind sehr fragil und störungsanfällig, Fehler können sich rasch ausbreiten und einen Rechner aus dem Tritt bringen“, sagt Thomas Monz aus der Forschungsgruppe um Rainer Blatt vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. Gemeinsam mit Markus Müller und Miguel Ángel Martín-Delgado vom Institut für Theoretische Physik der Complutense-Universität in Madrid haben die Innsbrucker Physiker ein neues Fehlerkorrektur-Verfahren entwickelt und im Labor erprobt. „Ein Quantenbit ist nicht nur sehr komplex und kann nicht einfach kopiert werden, sondern darüber hinaus sind Fehler in der Quantenwelt vielfältiger und schwieriger zu bekämpfen als in heutigen Computern,“ betont Monz. „Um allgemeine Fehler in einem Quantencomputer erkennen und korrigieren zu können, bedarf es sehr ausgefeilter, sogenannter Quanten-Fehlerkorrekturcodes.” Der im aktuellen Experiment verwendete topologische Code wurde von der Gruppe um Martín-Delgado in Madrid vorgeschlagen und ordnet die Teilchen auf einem zweidimensionalen Gitter an, wo sie mit ihren jeweiligen Nachbarn wechselwirken können. (more…)