Für moderne Computer hat Licht fast Schneckengeschwindigkeit

In den Computer werden nacheinander immer wieder neue Pakete in eine Glasfaserleitung eingespeist. Am Ende der Glasfaser kommen sie nach einiger Zeit wieder zurück in den Computer. Je länger die Glasfaser, desto mehr Qubits lassen sich erzeugen, solange die Störungen durch die Faser nicht zu groß werden. Bis das Licht zurückkommt, bleibt Zeit, um mit einem herkömmlichen Computer die nächsten Rechenschritte oder eine Fehlerkorrektur für ein bestimmtes Paket vorzubereiten, wobei einem Paket durch halbdurchlässige Spiegel gezielt Photonen in bestimmten Quantenzuständen hinzugefügt werden.

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Das stellt große Ansprüche an die herkömmliche Rechentechnik, immerhin müssen unbekannte Messergebnisse schnell aufgenommen und die richtige Reaktion entsprechend der Fehlerkorrektur oder der anstehenden Quantenrechnung berechnet werden. Aber klassische Computertechnik ist so schnell geworden, dass mit ihr selbst die Lichtgeschwindigkeit langsam erscheint. Zwischen zwei Rechentakten einer 3-GHz-CPU bewegt sich Licht nur um 10 Zentimeter vorwärts.

Der Lichtstrahl im Computer besteht aus vielen Paketen von Licht unterschiedlicher Frequenzen, die aber zusammen einen sogenannten Clusterzustand bilden müssen. Sie müssen alle durch Quantenverschränkung miteinander verbunden werden, wie die Qubits auf dem tiefgekühlten Chip von Sycamore.

Eine Million Qubits sind machbar, aber schwierig

In jedem dieser Pakete werden schon bei der Erzeugung Quanteneigenschaften der Photonen einer Frequenz mit den Eigenschaften der Photonen in zwei weiteren Frequenzen miteinander verschränkt, so dass alle drei gemeinsame Quanteneigenschaften teilen. Außerdem können die Eigenschaften einer Frequenz aus einem Paket mit den Eigenschaften der gleichen Frequenz im nächsten Paket verschränkt werden, die ihrerseits mit den restlichen Frequenzen des Pakets verschränkt sind.

Auf diese Weise entsteht ein dreidimensionaler Clusterzustand, in dem alles Notwendige zur Fehlerkorrektur schon eingebaut ist. Die Fehlerkorrektur geschieht durch die Verschränkung eines neu erzeugten Lichtpakets mit dem alten, wodurch festgestellten Abweichungen entgegengewirkt wird. Eine Glasfaser kann dadurch wie ein aktiver Arbeitsspeicher benutzt werden, um die Quantenzustände in einem Paket zu erhalten und für spätere Benutzung zu speichern. Andererseits kann die Fehlerkorrektur auch gleich mit der Durchführung einer Rechenoperation verknüpft werden.

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Durch das physikalische Prinzip ist das Äquivalent von einer Million Qubits viel einfacher in einem kompakten Computer realisierbar. Mit eindimensionalen Clusterzuständen, die nicht für Computer ausreichen, wurden eine Million Qubits schon vor fünf Jahren demonstriert. Bei den komplizierteren Zuständen sind die Anforderungen höher. Diese Anforderungen zu erreichen, ist die Aufgabe von Psiquantum, wenn sie einen Quantencomputer mit einer Million Qubits erzeugen wollen. Die Entwickler hoffen, das in fünf Jahren erreicht zu haben.

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 Licht hat als Medium große Vorteile
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Nicht vor sich selbst, sondern vor der Umgebung. Wenn vor dem Ende der Rechnung eine...

Stefan Eßer 08. Mai 2021 / Themenstart

Der Schaltplan und das Funktionsprinzip von ENIAC sind ja vor einigen Jahren...

PieMan 07. Mai 2021 / Themenstart

Ja ... alle gleichzeitig.

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