Quantencomputer: Neuste Errungenschaften

ForschungQuantensysteme aus Atomen oder Elektronen können spezielle Zustände bilden, die so genannten Qubits. Im Gegensatz zu einem gewöhnlichen Bit, entspricht ein Qubit einer quantenmechanischen Überlagerung dieser beiden Zustände. Superposition genannt. Zum Beispiel kann der Spin eines Elektrons (Drehimpuls) nicht nur beide Zustände annehmen, sondern jede beliebige Mischung dieser Zustände. Auch gleichzeitig. Entsprechend ist der Informationsgehalt eines solchen Elektrons viel größer als der eines gewöhnlichen Transistors. Statt mit einem speziellen Wert rechnet ein Quantencomputer gewissermaßen mit allen möglichen Wertekombinationen zugleich.

quantenprozessor

Nun hat ein internationales Forscherteam aus Österreich, Deutschland, Kanada und Australien einen neuartigen Algorithmus vorgestellt. Dieser habe die Möglichkeit, die quantenmechanische Vielteilchen-Schrödinger-Gleichung zu lösen. Mit handelsüblichen Computern ist sie nur mittels hoher Rechenleistung lösbar. Möglich wird das durch eine Simulation der Teilchen. Die Quanteninformatik erlaubt es gewissermaßen, alle Wahrscheinlichkeiten gleichzeitig berechnet zu lassen und so sich das Ergebnis statistisch anzusehen.

In Quantencomputern werden alle Aufgaben "vorberechnet", die durch alle Verschränkungen der Atome oder Elektronen möglich sind. Erst wenn es ein eindeutiges Eingangssignal gibt - zum Beispiel zwei Variablenwerte -, die miteinander verrechnet werden sollen, "entscheidet" sich der Ausgang für ein Ergebnis. Doch zuerst muss es funktionstüchtige Prototypen geben.
Das Problem besteht immer noch darin, die Qubits auf einen physischen Körper abgeschirmt von allen ungewollten Einflüsse der Umwelt zu befestigen. Durch diese Umwelteinflüsse verlieren Quantensysteme ihre Informationen, Verschränkungen oder Superpositionen. Auch Dissipation genannt.

vier-qubit-system

Innsbrucker Forscher nutzen die Dissipation nun als Mittel zur Kommunikation und Manipulation der Qubit-Atome/Elektronen. Barreio, einer der Forscher, erklärt dazu:

„Wir kontrollieren nicht nur das Quantensystem aus bis zu vier Ionen in all seinen internen Zuständen, sondern auch seine Anbindung an die Umwelt“ Philipp Schindler fügt hinzu: „In unserem Experiment nutzen wir dazu ein zusätzliches Ion, das mit dem Quantensystem wechselwirkt und gleichzeitig einen kontrollierten Kontakt zur Außenwelt herstellt“. Dadurch lassen sich Informationen in und aus das Quantensystem schleusen und verwerten. Dieser Schritt ist insofern von großer Bedeutung, als dass er es erlaubt, kleinere Quantensysteme mit geringeren Apparaturen herzustellen, die zur Abschirmung und Kühlung notwendig wären. Quantenprozessoren laufen bisher nur bei Temperaturen von 0,005 – 23,4 Kelvin, was eine entsprechend aufwendige Kühlung bedarf.

quantenkühlung



Links zum Thema:
Quantenalgorithmus für den Quantencomputer
Quantensimulator öffnet sich der Welt
Schrödinger-Gleichung erklärt
Quantencomputer - PDF
Realisierung von Ionenfallen - PDF


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2 Kommentare

2.) VinD 04.03.2011 - 13:54 Uhr
Bitteschön :)
1.) Phenocore 04.03.2011 - 12:57 Uhr
Ein paar Links mit Hintergrundinfos oder ein Quellenink wäre eigentlich nicht schlecht^^