Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kraftstoff für den Quantencomputer

24.01.2008
Internationales Forscherteam um Freiburger Quantenphysiker beschreibt erstmals den Verbrauch quantenmechanischer "Verschränkung"

Die Revolution der Informationstechnologien findet bereits statt: Die Quantenmechanik - jene ebenso merkwürdige wie fundamentale Theorie, die die mikroskopische Welt der kleinsten Teilchen beschreibt - hält Einzug in die Kommunikation und Verschlüsselung großer Datenmengen, und womöglich bald auch in ihre Verarbeitung auf geeigneten (Quanten-) Rechnerarchitekturen.

Information wird hier in "Quanten-Bits" - analog den Bits 0 und 1 einer konventionellen Rechenmaschine - kodiert; Photonen, Atome, Ionen oder andere Quantenobjekte dienen als physikalische Träger dieser elementaren Einheit. Für den letzten Schritt zum Quantencomputer fehlt bisher aber ein hinreichendes Verständnis der grundlegenden Ressource der Quanteninformationstechnologie, der "Verschränkung" der die Quanten-Bits darstellenden Teilchen. Diese garantiert eine in der uns umgebenden, mikroskopischen Welt unerreichbar starke Korrelation der Quantenbits im Laufe der Ausführung eines Quantenalgorithmus, und erlaubt somit eine Synchronizität, die sich auf herkömmlichen, "klassischen" Supercomputern nicht erzielen lässt.

Doch Verschränkung ist ein zartes Pflänzchen und höchst fragil: Jeder unkontrollierte Umgebungseinfluss, und sei es das leise Zittern eines Labortisches, macht sie zunichte, weswegen die heutigen experimentellen Vorläufer von Quantencomputern sehr sorgsam gegen die Umgebung abgeschirmt werden müssen. Die für die tatsächliche Realisierung eines Quantencomputers entscheidende Gretchenfrage ist daher jene nach der Zeitskala, auf der sich Verschränkung unter realistischen Bedingungen konservieren lässt: binnen dieser Zeitspanne muss die gewünschte algorithmische Aufgabe gelöst sein. Ein internationales Forscherteam um die Freiburger Quantenphysiker Markus Tiersch, Fernando de Melo und Andreas Buchleitner legt nun in der Zeitschrift Nature Physics (online Publikation 23. Dez. 2007) eine einfache Formel vor, die erstmals die Abschätzung der Lebensdauer dieser grundlegenden Ressource der Quanteninformationsverarbeitung unter sehr allgemeinen Bedingungen ermöglicht.

... mehr zu:
»Quantenbit »Quantencomputer

"Bisher hatten wir nur Einzelergebnisse für bestimmte Spezialfälle, ohne systematisches Verständnis", sagt Andreas Buchleitner, "Dies war sicher dem Umstand geschuldet, dass die sehr abstrakte Eigenschaft 'Verschränkung' sich unserer Intuition noch weitgehend entzieht. Mit unserer Formel bringen wir nun erstmals eine relativ große und für die Anwendung - etwa in der Kryptographie - relevante Klasse von Szenarien unter einen Hut", freut sich der Physiker. "Dank ihrer einfachen Struktur hat die Formel fast schon Lehrbuchcharakter." Doch die Freiburger Quantenmechaniker und ihre Kollegen aus Aachen, Brasilien und Südafrika sind lange noch nicht zufrieden. Es handle sich hier lediglich um den allerersten Schritt - die Formel gilt nur für aus zwei Quantenbits konstruierte Quantencomputer.

Das nächste Ziel ist die Verallgemeinerung für wirklich große Register von Quantenbits - in einem richtigen Quantencomputer müssen tausende solcher Bausteine miteinander verschränkt werden: "Damit nähern wir uns letztlich dem makroskopischen Grenzfall - ob quantenmechanische Interferenzeffekte sich auf diesem Komplexitätslevel noch identifizieren und gar nützen lassen, ist eine der spannendsten und anspruchvollsten Fragen der aktuellen Grundlagenforschung", so Buchleitner. Sei die Antwort hierauf positiv, eröffneten sich völlig neue Fragestellungen bis hin zur Rolle der Quantenmechanik in belebter Materie.

Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Albert-Ludwigs-Universität
Institut für Physik
Tel.: 0761/203-5830
Fax: 0761/203-5967
E-Mail: abu@uni-freiburg.de

Rudolf-Werner Dreier | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de/

Weitere Berichte zu: Quantenbit Quantencomputer

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften