Quantencomputer: Ein Qubit wird zu zwei verschränkten Qubits
Ein Wissenschaftsteam des Forschungszentrums Jülich(öffnet im neuen Fenster) in Nordrhein-Westfalen, der ETH Zürich und des Paul-Scherrer-Instituts, beide in der Schweiz, haben eine Methode vorgestellt, mit der funktionsfähige Quantencomputer zukünftig tatsächlich realisiert werden können. Dabei wird ein logischer Qubit, der bereits mit einer Fehlerkorrektur versehen ist, in zwei logische und gleichzeitig quantenverschränkte Qubits aufgeteilt.
Die Forschungsgruppe nutzt eine Schaltung aus physikalischen Qubits, um einen logischen Qubit zu formen. Dieser stellt eine abstrakte Recheneinheit dar, die das Erkennen von Fehlern einzelner Qubits ermöglicht. Solche Fehler werden bei Qubits im Grunde durch jeden äußeren Einfluss verursacht, bis hin zu kosmischer Strahlung.
Verschränkung und Korrektur gleichzeitig
Das logische Qubit zeigt sich stabil und zuverlässig beim Auslesen, aber ein einzelnes genügt nicht, um Rechenoperationen auszuführen. Mehrere Qubits müssen miteinander verschränkt werden.
Genau dies gelang durch eine Veränderung des Gitters aus den physikalischen Qubits, was als Lattice Surgery bezeichnet wird. Die Fläche aus Qubits wurde in zwei Bereiche aufgeteilt. Gleiches gilt für die Quanteninformationen, so dass sich ein verschränkter Zustand zwischen zwei logischen und fehlertoleranten Qubits ergibt.
Die ursprüngliche Fehlerkorrektur konnte trotz der Aufteilung beibehalten werden. Veröffentlicht wurde die zugehörige Studie in Nature Physics(öffnet im neuen Fenster) .
Skalierung für große Quantenprozesse
Mit ihrer Methode hofft die Forschungsgruppe, einen Weg zum modularen Aufbau von Quantencomputern vorgezeichnet zu haben. Dafür müsste eine Vielzahl der durch Lattice Surgery aufgeteilten Gitter miteinander verknüpft werden. So soll es gelingen, dass die logischen Qubits kommunizieren, während sie zuverlässig ausgelesen werden können.