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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Quantencomputer ohne extreme Abschirmung |
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Ein renommiertes Team von Theoretikern - darunter Ignacio Cirac, Direktor am Max-Planck-Institut (MPI) für Quantenoptik in Garching und Frank Verstraete, von der Universität Wien - den Spieß umdrehen: Störungen könnten die reibungslose Funktion des Quantencomputers gewährleisten.
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Die Studie "Quantum computation and quantum-state engineering driven by dissipation" von Frank Verstraete et al. ist in "Nature Physics" (DOI: 10.1038/NPHYS1342) erschienen. |
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 Zum Abstract der Studie |
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Rechenraum vervielfacht sich |
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Dass man überhaupt die Entwicklung eines Quantencomputers anstrebt, liegt an grundlegenden Eigenschaften der kleinsten Teilchen. Die Zauberformel lautet: Überlagerung von Zuständen, auch Superposition genannt. Herkömmliche Computer kennen nur Ja/Nein bzw. 0 und 1, Quanten-Bits - oder Qubits - können auch mehr oder weniger beliebig viele Zustände zwischen 0 und 1 annehmen.
Diese Überlagerungen vervielfachen den Rechenraum, für spezielle Anwendungen - etwa Berechnungen der Quantenphysik selbst - soll der Quantencomputer herkömmlichen Rechnern haushoch überlegen sein.
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Aufwändige Abschirmung |
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Der Haken an der Sache war bisher, dass die Teilchen ihre für die menschliche Erfahrung höchst seltsamen Eigenschaften nur beibehalten, solange sie mit der restlichen Welt nicht in Berührung kommen. Die für Speicherung, Verschlüsselung, Verarbeitung und Übertragung von Information im Quantencomputer benötigten Effekte wie Superposition und Verschränkung gehen verloren, sobald das System an die Umgebung Informationen verliert.
Ausgefeilte Systeme etwa mit elektromagnetischen Fallen, die jede Berührung etwa mit Gefäßwänden verhindern, schaffen Abhilfe, sind aber auch aufwändig.
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Gezielter Informationsverlust |
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Im nun präsentierten Modell drehen die Physiker den Spieß um. Der Verlust von Information an die Umgebung, die sogenannte Dissipation ist dabei sogar die Voraussetzung für effizientes Quanten-Computing. Ausgangspunkt ist auch für den innovativen Ansatz ein System aus Qubits, das mit der Umgebung wechselwirkt und dadurch Information verliert.
Vereinfacht gesagt, entwickelt sich das System in Folge des Informationsverlusts auf einen Fixpunkt zu, einen "dauerhaften stationären Zustand", wie die Physiker es nennen.
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Widerstandsfähige Methode |
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Dabei wird die Dissipationsdynamik - also wie der Informationsverlust vonstatten geht - je nach Wunsch maßgeschneidert. "Der Fixpunkt könnte den Grundzustand des Systems darstellen, er könnte ein bestimmter Zustand sein, den man präparieren möchte, oder er kann z. B. das Rechenergebnis enthalten", so die Wissenschaftler.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes liege darin, dass bei rein dissipativen Prozessen der Endzustand unabhängig von den Anfangsbedingungen und somit auch unabhängig von eventuellen Störungen auf dem Weg dahin erreicht werde. Dies macht das "Dissipative Quantum Computing" besonders widerstandsfähig und verleihe ihm eine inhärente Störungsunempfindlichkeit.
"Noch handelt es sich dabei um einen allgemeinen Machbarkeitsnachweis", betonen die Theoretiker. Nun sind die Experimentatoren am Zug. Eine Überprüfung des Konzepts sei mit Experimenten an atomaren Quantengasen oder Ionenfallen möglich.
[science.ORF.at/APA, 28.7.09]
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01.01.2010 |
