Quantencomputer: Programmierbare Photonen durch Wellenleiter

Forscher der britischen Universität in Bristol haben ein neues System aus Wellenleitern für Quantencomputer gebaut, mit dem sich die Verschränkung von Photonen gezielt steuern lässt. Dazu entwickelten sie einen Chip, der sich wie ein herkömmlicher Halbleiter fertigen lässt.

12. Dezember 2011 um 13:17 Uhr / Nico Ernst

Die Wellenleiter mit Photonen Bild: University of Bristol

Statt mehrere Quadratmeter große Versuchsaufbauten, wie sie bisher meist für Quantencomputer nötig waren, haben britische Forscher einen Chip aus Silizium gebaut. Er ist nur 3 x 70 mm groß. Darauf hat das Team um Jeremy O'Brien mehrere Wellenleiter aus Siliziumdioxid erzeugt. Der Bau solcher Strukturen wird heute bereits millionenfach in Halbleiterfabriken vollzogen, so dass die Wissenschaftler ihren Baustein als einen wichtigen Schritt zur praktischen Anwendung von Quantencomputern sehen.

In den Wellenleitern des Chips können gezielt Photonen verschränkt werden, die dabei verschiedene Quantenzustände annehmen. Diese Zustände können vorher definiert werden, so dass sich ein programmierbarer Quantencomputer mit zwei Qubits ergibt. Dazu sitzt an den Enden der vier Wellenleiter je eine Elektrode, deren Spannungen und Stromstärke in Verbindung mit den Wellenleitern die erwünschte Verschränkung erzeugen kann.

Hohe Genauigkeit

Vollständig reproduzierbare Rechenergebnisse liefert der britische Quantencomputer jedoch noch nicht, weil Quantenzustände selten lange stabil bleiben. Viele dieser Effekte sind noch unerforscht. Dennoch sprechen die Forscher in ihrer Veröffentlichung bei Nature Photonics von einer "hohen Wiedergabetreue", die sie in tausenden von Konfigurationen beobachtet hätten.

Im nächsten Schritt soll der Chip komplexer werden. Eine höhere Zahl von Qubits haben die Briten aber noch nicht versprochen. Bisher steht der Rekord bei 14 Qubits, die österreichische Wissenschaftler verschränkt hatten.