„Logische Qubits“ – Wie Forscher Quantencomputer vor Fehlern schützen wollen
Quantencomputer IBM Q System One. (Foto: IBM)
Quantencomputer gelten als das nächste große Ding. Dank quantenmechanischer Zustände sowie der Verschränkung der Quantenbits (Qubits) sollen sie bestimmte Berechnungen deutlich schneller durchführen können als herkömmliche Computer. Die Qubits sind allerdings für die Forscher derzeit noch schwierig zu kontrollieren – manche kommen einfach abhanden oder gehen in unerwünschte Energiezustände über. Ein Team um Roman Stricker vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck hat jetzt eine Lösung für das Problem vorgestellt.
Quantencomputer: Logische Qubits gegen Fehler
Die Forscher aus Innsbruck, die mit Theoretikern aus Deutschland und Italien zusammenarbeiten, gingen das Problem der Fehleranfälligkeit von Quantencomputern mit sogenannten logischen Qubits an. Dabei verpackten sie mehrere physikalische Qubits (Ionen) in ein großes Qubit. Geht eines verloren, besitzen die restlichen zusammen immer noch die Eigenschaften des ursprünglichen logischen Qubits. Das haben die Wissenschaftler in Innsbruck experimentell nachgewiesen, wie orf.at berichtet. Dabei nahmen sie vier Ionen in ein logisches Qubit auf.
Wichtig für das Experiment, aber auch für den späteren Einsatz in möglichen Quantencomputern ist der Nachweis, dass ein Ion verlorengeht, ohne mit einer Messung den gemeinsamen Überlagerungszustand zu zerstören. Dafür griffen die Forscher auf ein zusätzliches Ion zurück, das nicht zu dem logischen Qubit gehört, das aber damit per Verschränkung in Verbindung steht. Die Information, ob ein Qubit-Verlust vorliegt oder nicht, kann auf dieses Extra-Ion überschrieben und anschließend ausgelesen werden, sagte Stricker dem ORF.
Künftig noch mehr Ionen in logischen Qubits
Dem österreichischen Wissenschaftler zufolge soll es künftig möglich sein, noch mehr Qubits in einem logischen Qubit unterzubringen. Quantencomputer könnten damit besser gegen Fehler gerüstet werden. Auch ein Informationsverlust würde dadurch wohl unwahrscheinlicher. Ihre Entdeckung und die Ergebnisse ihrer Tests haben die Wissenschaftler unter dem Titel „Experimental deterministic correction of qubit loss“ im Fachjournal Nature veröffentlicht.
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