Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit 14 Quantenbits rechnen

01.04.2011
Einen neuen Weltrekord haben Quantenphysiker der Universität Innsbruck erzielt: Sie konnten 14 Quantenbits kontrolliert miteinander verschränken und realisieren so das größte bisher gebaute Quantenregister.

Das Experiment ist nicht nur ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem zukünftigen Quantencomputer, es liefert auch überraschende Erkenntnisse über das quantenmechanische Phänomen der Verschränkung.


Bis zu 14 Quantenbits wurden in einer Ionenfalle miteinander verschränkt. Foto: Universität Innsbruck


In Mikrofallen können die Innsbrucker Physiker rund um Rainer Blatt heute bereits 64 Ionen kontrollieren. Foto: Universität Innsbruck

Der Begriff der Verschränkung wurde 1935 vom österreichischen Nobelpreisträger Erwin Schrödinger geprägt und beschreibt ein quantenmechanisches Phänomen, das im Experiment eindeutig nachgewiesen werden kann, das aber bis heute nicht gänzlich verstanden wird. Verschränkte Teilchen können nicht als einzelne Teilchen mit definierten Zuständen beschrieben werden, sondern nur als Gesamtsystem.

Die Verschränkung von einzelnen Quantenbits lässt den Quantencomputer bestimmte Probleme wesentlich schneller lösen als klassische Computer. „Besonders schwierig wird es, Verschränkung zu verstehen, wenn zahlreiche Teilchen im Spiel sind“, sagt Thomas Monz, Nachwuchsforscher im Team von Rainer Blatt am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. „Unsere Experimente mit vielen Teilchen verschaffen uns hier neue Einblicke“, ergänzt Blatt.

Weltrekord: 14 Quantenbits

Die Physiker um Rainer Blatt halten seit 2005 den Rekord für die Anzahl von verschränkten Quantenbits, die in einem Experiment realisiert wurden. Bis heute ist es niemand anderem gelungen, acht Teilchen auf kontrollierte Art und Weise zu verschränken und damit ein „Quantenbyte“ zu erzeugen. Nun haben die Innsbrucker Wissenschaftler diesen Rekord noch einmal beinahe verdoppelt. In einer Ionenfalle haben sie 14 Kalziumatome gefangen, welche sie, einem Quantenprozessor gleich, mit Laserlicht manipulieren. Interne Zustände jedes Atoms bilden dabei einzelne Quantenbits, zusammen entsteht ein Quantenregister mit 14 Recheneinheiten. Dieses bildet das Herzstück eines zukünftigen Quantencomputers. Die Physiker der Universität Innsbruck stellten aber auch fest, dass bei ihnen die Störungsempfindlichkeit nicht wie meist angenommen linear sondern mit der Anzahl der Teilchen quadratisch zunimmt. Werden mehrere Teilchen verschränkt, steigt die Empfindlichkeit deshalb stark an. „Dies wird als Superdekohärenz bezeichnet“, sagt Thomas Monz. „In der Quanteninformation wurde dieses Phänomen bisher kaum wahrgenommen.“ Es hat nicht nur für den Bau von Quantencomputern Bedeutung, sondern auch bei der Konstruktion sehr genauer Atomuhren oder für Quantensimulationen.

Zahl der verschränkten Teilchen ausbauen

Die Experimentalphysiker in den Innsbrucker Labors schaffen es mittlerweile, bis zu 64 Teilchen in Ionenfallen zu fangen. „Noch können wir diese große Zahl von Ionen nicht verschränken“, sagt Thomas Monz. „Die aktuellen Ergebnisse ermöglichen nun aber ein besseres Verständnis über das Verhalten von vielen verschränkten Teilchen.“ So können vielleicht schon bald noch mehr Teilchen miteinander verschränkt werden.

Vor wenigen Wochen haben die Forscher um Rainer Blatt in der Fachzeitschrift Nature außerdem erstmals gezeigt, dass Ionen auch mittels elektromagnetischer Kopplung verschränkt werden könnten. So lassen sich viele kleine Quantenregister auf einem Mikrochip effizient miteinander verknüpfen. „Dies sind alles wichtige Schritte auf dem Weg zu alltagstauglichen Quantentechnologien für die Informationsverarbeitung“, ist Rainer Blatt überzeugt.

Die aktuellen Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Finanziell unterstützt werden die Innsbrucker Forscher unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der Europäischen Kommission und der Tiroler Industrie.

Publikation: 14-Qubit Entanglement: Creation and Coherence. Thomas Monz, Philipp Schindler, Julio T. Barreiro, Michael Chwalla, Daniel Nigg, William A. Coish, Maximilian Harlander, Wolfgang Hänsel, Markus Hennrich, Rainer Blatt. Phys. Rev. Lett. 106, 130506 (2011), DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.130506

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.130506

Kontakt:
Thomas Monz
Institut für Experimentalphysik
Universität Innsbruck
Tel: +43 512 507-6328
E-Mail: thomas.monz@uibk.ac.at
Christian Flatz
Public Relations
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507-32022
Mobil: +43 650 5777122
Email: christian.flatz@uibk.ac.at

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.quantumoptics.at/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas
19.09.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern
15.09.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie