Quantencomputer: Qudits ermöglichen mehr Leistung und Stabilität
Ein Forschungsteam der Technischen Universität Wien(öffnet im neuen Fenster) hat die Möglichkeiten, mit einem Quantencomputer Berechnungen durchzuführen, erheblich erweitert. Zumindest wurde die theoretische Grundlage geschaffen, um zwei quantenverschränkte Photonen in vier unterschiedliche und lesbare Zustände zu versetzen.
Dass sich diese Zustände einstellen und prüfen lassen, konnte anschließend eine Forschungsgruppe der Universität Nanjing, China, experimentell nachweisen. Die Studie dazu erschien in Nature Photonics(öffnet im neuen Fenster) .
Alte Idee für neue Technik
Der Grundgedanke ist nicht neu. Statt mit zwei Zuständen mit drei oder vier zu rechnen, kann zu einer sprunghaften Steigerung der Rechenleistung oder zumindest zur Reduzierung der nötigen Einheiten führen. Während acht Bits mit nur zwei Zuständen lediglich 256 Kombinationen erlauben, sind es bei drei einnehmbaren Zuständen 6.561 und bei vier bereits 65.536. Die Menge steigt quadratisch mit der Zahl der Einheiten, die vier statt nur zwei Zustände aufweisen.
Möglich wird dies, weil das Forschungsteam statt der Polarisation der eingesetzten Photonen deren Wellenform nutzt. Bei der Polarisation wird lediglich die Schwingungsrichtung in zwei unterschiedlichen Ausprägungen erfasst werden.
Weniger Teilchen für die gleiche Menge
Nimmt man dagegen die Wellenform, gibt es zumindest theoretisch unendlich viele Möglichkeiten. Für ein zuverlässiges Auslesen wurden zunächst aber nur vier verschiedene Zustände der Wellenform zweier verschränkter Photonen genutzt. Im Experiment in China konnten insgesamt 13 Photonenpaare oder Qudits, die je aus zwei Qubits zusammengesetzt sind, zu einem Gesamtsystem verbunden werden.
Weil zwei Teilchen auf diese Weise mehr Informationen in sich tragen, könnte ein weiteres Problem von Quantencomputern abgemildert werden. Dadurch müssen weniger Zustände ausgelesen werden, was laut Marcus Huber, einem der Studienautoren, die Zuverlässigkeit der Quantenoperationen erhöht.