20/07/2011 - Quanten-Computer. Erstellen Sie eine massive Anzahl von verflochtenen Qbits

Menéame

Ein Forschungsteam der Universität von Virginia in den Vereinigten Staaten hat einen weiteren Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer getan, indem es eine massive Anzahl von miteinander verflochtenen Qbits geschaffen hat. Diese Entwicklung könnte die Fähigkeiten der heutigen Supercomputer verbessern, indem beispielsweise sicherere Verschlüsselungsmethoden entwickelt oder die Grundsätze für so komplexe Systeme wie biologische Moleküle verstanden werden. Auf Elena Higueras.

Ein Computer, der mit den komplexesten Prinzipien der Quantenmechanik betrieben wird, wäre in der Lage, spezifische Berechnungen mit Fähigkeiten durchzuführen, die weit über die heutigen, modernsten Supercomputer hinausgehen. Sie könnte beispielsweise dazu verwendet werden, Sicherheitscodes zu entschlüsseln oder sehr schwere Quantensysteme mit einem hohen Detail zu simulieren. Aber nicht nur das.

Es könnte auch verwendet werden, um genaue Prinzipien der Physik auf das Verständnis der kleinen Details der Interaktionen der Moleküle in biologischen Systemen anzuwenden. Es würde sogar den Wissenschaftlern helfen, einige der größten Geheimnisse der Funktionsweise des Universums zu entschlüsseln, indem sie eine Möglichkeit zur Prüfung der Quantenmechanik bieten.

Ein solches Team existiert in der Theorie, aber nicht in der Praxis. Um einen Quantencomputer zu bauen, müssen Sie die verschiedenen Quanten-Informationseinheiten, so genannte Quanten, genau erstellen und kontrollieren.

Ein Quanten- oder Quantenbit ist eine Quanten-Informationseinheit, das Quanten-Analogon des klassischen Bit auf digitalen Computern, aber viel zerbrechlicher, da es eine mikroskopische Komponente der Materie ist, so dass es sehr schwierig ist, sie von ihrer Umgebung zu trennen. Die Herausforderung besteht darin, die Anzahl der Quanten in einem praktischen Quantenregister zu erhöhen. Insbesondere müssen Qibits in präzisen Sätzen oder nicht-lokalen physikalischen Korrelationen, so genannte miteinander verflochtene Zustände, erstellt werden.

Olivier Pfester, Professor für Physik an der Universität für Kunst und Wissenschaften in Virginia, hat es nun geschafft, eine große Anzahl miteinander verflochtener Qbits zu schaffen, genauer gesagt eine Variante verschiedener Ebenen des sogenannten "Qmodes," berichtet die Zeitschrift Physical Review Letters in einem Artikel, in dem auch Science Daily vertreten ist.

Gesicht oder Kreuz?

Um zu erklären, wie ein Quantencomputer funktioniert, nutzt der Artikel eine tägliche Erfahrung: Stellen wir uns zwei Personen vor, die jeweils eine Münze in die Luft werfen und die erzielten Ergebnisse aufzeichnen. Beim Vergleich der Daten nach mehreren Releases entdecken sie, dass sie immer die gleichen Ergebnisse erzielen. In Physiklabors werden diese Korrelationen routinemäßig in Quantensystemen beobachtet und bilden den Kern eines Quantenprozessors.

Pfster und die Forscher in seinem Labor verwendeten hoch entwickelte Laser, um 15 Gruppen von vier miteinander verflochtenen Qmodes zu manipulieren, für insgesamt 60 messbare Qmodes, die größte jemals geschaffen. Das Team glaubt, dass es mehr als 150 Gruppen oder 600 Qmodes erstellt haben kann, aber es konnte nur 60 mit den Techniken messen, die es benutzte.

Jedes Qmode ist eine klar definierte Farbe des elektromagnetischen Feldes. Anstatt in die Luft geworfene Münzen zu messen, sind die Ergebnisse der Qmode-Messung die Anzahl der im Feld vorhandenen Quantenpartikel (Photonen). Um einen Quantencomputer zu erstellen, wären Hunderttausende Qmodes erforderlich.

Lichtkämme

Die Pfester-Gruppe verwendet einen exotischen Laser, der als optisches Parametrisches Oszillator bezeichnet wird, der in einem Regenbogen mit gleichmäßigen Farben, genannt "optisches Frequenzkamm" oder "Lichtkamm", quantische elektromagnetische Felder (Qmodes) ausstrahlt.

Diese Art von Laser hat die Wissenschaft der Messung revolutioniert, genannt Messwesen, und hat den Weg zu verschiedenen technologischen Fortschritten geebnet. Die Erfinder des optischen Frequenzkammes, die Physiker John Hall (vom Nationalen Institut für Standards und Technologie) und Theodor Hänsch (vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik) nahmen die Hälfte des Nobelpreises für Physik 2005 für ihre Leistungen (die andere Hälfte war für Roy Glauber, einer der Eltern der Quantenoptic Optik).

Mit ihren Experimenten hat die Pfoster-Gruppe einen wichtigen Schritt getan, um einen ihrer früheren theoretischen Tests zu bestätigen: dass die Quantenversion des optischen Frequenzkamms zur Erstellung eines Quantencomputers verwendet werden könnte.

"Einige mathematische Probleme, wie die Faktorierung von ganzen Zahlen oder die Lösung der Schrödinger-Gleichung zur Modellierung von Systemen der Quantenphysik, können extrem schwierig zu überwinden sein. In einigen Fällen ist die Schwierigkeit exponentiell, was bedeutet, dass sich die Berechnungszeit durch jede endliche Zunahme des Ganzzahl- oder Systemumfangs verdoppelt," warnt Pfester, obwohl er weiß, dass dies nur für die klassische Berechnung gilt, da Quanten entdeckt wurden, um das revolutionäre Versprechen zu bewahren, diese Aufgaben exponential mit einfachen Berechnungen zu beschleunigen.

Soziale und wissenschaftliche Auswirkungen

"Dies könnte enorme soziale Auswirkungen haben, wie die Aktualisierung veralteter, aber auch wissenschaftlicher Verschlüsselungsmethoden, wie z.B. die Öffnung für neue Möglichkeiten zur Berechnung der Prinzipien sehr komplexer Systeme wie der biologischen Moleküle," Vaticin Pfister.

Nach Ansicht des Lehrers spielt Zufall eine wichtigere Rolle in der Quantenentwicklung als in der klassischen Evolution. Zufriedenheit ist kein Hindernis für deterministische Vorhersagen und die Kontrolle von Quantensystemen, aber sie beschränkt die Art und Weise, wie Informationen kodiert und von den Quanten gelesen werden können.

"Während die Quanteninformationen besser verstanden wurden, wurden diese Grenzen durch Quantenverflechtung durch Quantenwechsel zwischen den Systemen, die sich nach dem Zufallsprinzip individuell verhalten, umgangen. Soweit wir wissen, ist diese Verzahnung tatsächlich der Motor der exponentiellen Geschwindigkeit im Quantenrechner," schließt der Hauptautor der Studie.

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