Quantencomputer

Physiker verschränken 14 Qubits

Innsbrucker Forscher haben einen wichtigen Entwicklungsschritt hin zum Quantencomputer gemacht: Sie haben erstmals 14 Qubits miteinander verschränkt und so ein Quantenregister mit 14 Recheneinheiten geschaffen. Nebenbei haben sie damit auch ihren eigenen Rekord gebrochen.

Artikel veröffentlicht am 4. April 2011, 12:03 Uhr, Werner Pluta

Wissenschaftlern der Universität im österreichischen Innsbruck ist es gelungen, 14 Quantenbits oder Qubits kontrolliert miteinander zu verschränken. Das gilt als ein wichtiger Schritt in der Entwicklung eines Quantencomputers.

Quantenregister mit 14 Recheneinheiten

Die Forscher um Rainer Blatt haben 14 Kalziumatome in einer Ionenfalle gefangen und diese mit einem Laserlicht manipuliert. Interne Zustände jedes Atoms bilden dabei einzelne Quantenbits. Das sind Quantensysteme, die zwei Zustände annehmen können. Sie sind die kleinste Speichereinheit beim Quantencomputer, entsprechend einem Bit beim herkömmlichen Computer. Zusammen bilden die Qubits ein Quantenregister mit 14 Recheneinheiten. Das bildet das Kernstück eines zukünftigen Quantencomputers.

Blatt und seine Kollegen haben damit ihren eigenen Rekord für die meisten verschränkten Qubits gebrochen: 2005 gelang es ihnen, acht Qubits zu verschränken und so das erste Quantenbyte zu erzeugen.

Empfindlich

Allerdings ist so ein Quantenregister ein fragiles System: Die Physiker stellten fest, dass die Störungsempfindlichkeit mit der Anzahl der Teilchen quadratisch zunimmt. Bislang wurde angenommen, dass die Empfindlichkeit linear ansteigt. Das Phänomen heiße Superdekohärenz, erklärt Thomas Monz. Bisher sei es beim Bau von Atomuhren oder Quantensimulationen aufgefallen. "In der Quanteninformation wurde dieses Phänomen bisher kaum wahrgenommen", sagte der Innsbrucker Physiker.

Die Forscher können in ihren Ionenfallen bis zu 64 Teilchen fangen. Allerdings könnten sie so viele Ionen noch nicht verschränken, sagt Monz. "Die aktuellen Ergebnisse ermöglichen nun aber ein besseres Verständnis über das Verhalten von vielen verschränkten Teilchen." Die Forscher hoffen, dass sie schon bald mehr Teilchen verschränken können.

Empfindlich

Bei einer Quantenverschränkung können die miteinander verschränkten Teilchen nicht mehr als einzelne Teilchen mit definierten Zuständen beschrieben werden, sondern nur noch das Gesamtsystem. Die verschränkten Teilchen bleiben miteinander verbunden, auch wenn sie sich an verschiedenen Orten befinden. Wird auf eines der verschränkten Teilchen eingewirkt, wirkt sich das auch auf die anderen aus. Durch die Verschränkung von Quantenbits kann ein Quantencomputer bestimmte Probleme deutlich schneller lösen als ein klassischer Computer.

Ihre Arbeit haben die Forscher in einem Aufsatz in Physical Review Letters beschrieben. Das Fachmagazin wird von der US-Physiker-Gesellschaft, der American Physical Society, herausgegeben.