Licht hat als Medium große Vorteile

Rebecca Pool berichtete bereits letztes Jahr für die Gesellschaft für Optik und Photonik (SPIE) über Psiquantum und deren Pläne, sogenannte Clusterzustände kontinuierlicher Variablen zur Berechnung zu benutzen. Das heißt einfach nur, dass als Qubits nicht einzelne Photonen (Lichtteilchen) benutzt werden, sondern alle Eigenschaften des Zustands eines Pakets aus Photonen.

Die lange Zeit ungelösten Probleme des Lichts als flüchtiges Medium gehen mit großen Vorteilen einher. Die Eigenschaften von Licht sind viel weniger empfindlich gegenüber Störungen von außen. Es kann ohne Nachteile bei Zimmertemperatur eingesetzt werden und muss auch nicht vor kleinsten Störungen durch elektrische Felder, Magnetfelder oder Radiowellen geschützt werden. Der Computer muss nicht einmal im Vakuum arbeiten. Nur die Lichtdetektoren müssen auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden, um die Messungen nicht zu verfälschen.

Photonen, die Lichtteilchen, können auch sehr dicht gepackt werden, ohne sich unbeabsichtigt gegenseitig zu beeinflussen. Das ist ein großer Vorteil im Umgang mit vielen Quantenzuständen, aber tatsächlich auch ein großes Problem. Die Träger der Informationen in einem Quantencomputer müssen sich gegenseitig beeinflussen können, damit grundlegende Operationen durchgeführt werden können. Es mussten sogenannte nichtlineare Bauteile gefunden werden, in denen das überhaupt ausreichend geschieht. Ringoszillatoren aus Siliziumnitrid in Siliziumdioxid tun genau das und sie können mit normaler Halbleitertechnik hergestellt werden.

Gequetsches Licht macht Quantencomputer und Gravitationswellensuche möglich

Die Grundlage für den optischen Quantencomputer ist die effiziente Erzeugung von verschränkten Photonenpaaren in unterschiedlichen Frequenzbändern. Durch Ringoszillatoren können mit einem Laser über 60 solche Frequenzbänder erzeugt und mit den Frequenzbändern eines zweiten Lasers überlappt werden. In jedem Frequenzband kann ein eigener Quantenzustand aus mehreren Photonen in einem Paket erzeugt und mit den Photonen eines anderen Frequenzbandes verschränkt werden.

Die Quantenzustände, die dabei entstehen, sind aber keine völlig reinen Zustände, wie sie ein normales Qubit einnehmen kann. Stattdessen sind es Eigenschaften von sogenanntem gequetschten Licht, das auch die superempfindlichen Gravitationswellendetektoren von Ligo möglich macht. Eigenschaften wie die Phasenlage lassen sich damit genau festlegen, zuungunsten etwa der Genauigkeit in der Amplitude. Ein perfekt reiner Zustand würde deshalb unendlich viel Energie benötigen, weil eine perfekt genaue Phasenlage eine unendlich große Amplitude erfordern könnte, aber der Quantencomputer braucht keine perfekten Zustände.