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Zwischen den blauen Spiegeln ist ein Rubidium-Atom gefangen.
Zwischen den blauen Spiegeln ist ein Rubidium-Atom gefangen. (Bild: MPQ)

Max-Planck-Institut: Quantencomputer werden Silizium-Chips ähnlicher

Deutsche Wissenschaftler haben ein Quantengatter aus nur einem Photon und einem Atom gebaut. Sie vereinen dabei die Vorteile optischer Übertragung mit der von Quantencomputern, wodurch sich komplexe Schaltungen ähnlich denen aktueller Halbleiter bauen lassen könnten.

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Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching bei München haben ein neuartiges Quantenlogikgatter gebaut. Solche Gatter sind bei bisheriger Computertechnik die Basis für elektronische Schaltungen. Da die Übertragung von Informationen von einem einzelnen Rechenwerk eines Quantencomputers bisher aber nur über die direkt benachbarte Einheit möglich war, ließen sich keine komplexen Gatter erzeugen.

Am MPQ wurde dieses Problem gelöst, indem schwache Laserimpulse auf ein einzelnes Atom geschossen werden. Durch Spiegel, die als Filter und Resonator dienen, wird das Atom, das den Quantencomputer darstellt, nur von einem einzelnen Photon getroffen. Dieses Photon reagierte mit dem Atom abhängig von dessen Quantenzustand und wird dann reflektiert. Je nach dem Logikzustand des Quantenbits, was einer 0 oder 1 entspricht, ändert sich die Polarisation des reflektierten Photons. Damit ist die Übertragung der Information erreicht.

Ein wesentliches Merkmal von Quantencomputern ist aber, dass ein Qubit auch mehrere Zustände als nur 0 oder 1 annehmen kann. Auch diese Eigenschaften lassen sich laut dem MPQ durch einzelne Photonen übertragen, denn: Ein Versuch, bei dem das Rubidium-Atom mit zwei Lichtquellen beschossen wurde, hat ergeben, dass diese ebenfalls wie in der Theorie vorhergesagt mit dem Qubit reagieren.

Damit, so hoffen die Wissenschaftler, lassen sich in Zukunft auch komplexe Logikgatter aus vielen Qubits konstruieren, bei denen die Signalübertragung untereinander durch optische Verfahren erfolgt. Die dafür nötigen optischen Verbindungen, die sich mit Mitteln der Halbleiterfertigung herstellen lassen, hatten britische Forscher bereits 2011 vorgestellt. Auch die Vernetzung mit herkömmlicher Elektronik, bei welcher die Übertragung von Chip zu Chip per Licht schon erprobt wird, könnte so möglich werden.

Das Team des MPQ um die Physiker Gerhard Rempe und Stephan Ritter hat seine Ergebnisse in einer Arbeit bei Nature veröffentlicht.


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Blair 13. Apr 2014

Das sind alles keine Probleme die Quantencomputer effizient lösen können, nicht mal für...

derats 11. Apr 2014

Klar, alle Verfahren, die nicht auf Problemen wie dem diskreten Logarithmus oder...

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