Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenrechnen ohne Fehler

28.04.2008
Physiker realisieren Quanten-Gatter mit bisher unerreichter Qualität

Erste Bausteine eines künftigen Quantencomputers wurden im Labor bereits erfolgreich getestet. Innsbrucker Forschern ist es nun erstmals gelungen, ein beinahe fehlerfrei arbeitendes Quanten-Gatter zu bauen. Darüber berichten die Experimentalphysiker um Univ.-Prof. Dr. Rainer Blatt und Dr. Christian Roos vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Innsbruck in der Zeitschrift Nature Physics.

Einzelne Bausteine eines künftigen Quantencomputers wurden in den vergangenen Jahren im Labor bereits erfolgreich erprobt. Die Innsbrucker Experimentalphysiker um Rainer Blatt haben dazu einen wesentlichen Beitrag geleistet. Diese Versuchsreihen haben die prinzipielle Funktionsweise des Quantencomputers bestätigt, sie waren jedoch noch anfällig für Störungen.

Ähnlich wie herkömmliche Computer wird auch der Quantencomputer der Zukunft über einen Mechanismus zur Fehlerkorrektur verfügen, um etwaige Rechenfehler zu korrigieren. Nach Meinung vieler Theoretiker muss dafür die Güte der Rechenbausteine mindestens über 99 Prozent liegen. Diese erste Schwelle haben die Doktoranden Jan Benhelm und Gerhard Kirchmair gemeinsam mit Christian Roos und Rainer Blatt in ihrem neuesten Experiment nun durchbrochen. Sie fanden klare Hinweise, dass ihr Quanten-Gatter aus zwei Ionen eine Güte von 99,3 Prozent erreicht. „Das ist der beste Wert, der weltweit je für ein System zum Quantenrechnen erreicht wurde“, freut sich Nachwuchsforscher Roos.

Ein Trick führte zum Erfolg
Die Physiker verwirklichten ein so genanntes Mølmer-Sørensen-Gatter aus Kalziumionen. Dabei wird ein zweifarbiger Laserstrahl gleichzeitig auf zwei stark abgekühlte, in einer Falle gefangene Ionen gerichtet. Durch die Wechselwirkung mit dem Laserlicht können die beiden Teilchen miteinander verschränkt werden. Um eine hohe Güte dieser Operation zu erreichen, haben die Forscher einen Trick angewandt: „Bisher nutzen wir in unseren Experimenten Laserpulse mit konstanter Intensität“, erklärt Christian Roos. „In diesem Versuch haben wir die Lichtintensität zeitlich verändert und damit einen Laserpuls mit abgerundeten Flanken erzeugt. Nur so konnten wir die hohe Güte von über 99 Prozent überhaupt herstellen.“ Rainer Blatt und sein Team konnten in diesem Experiment außerdem die noch vorhandenen experimentellen Fehlerquellen sehr detailliert untersuchen. Dazu haben sie bis zu 21 Gatteroperationen hintereinander durchgeführt und die auftretenden Störungen genau analysiert.
Sehr robust und einfach umzusetzen
In dem von den Dänen Klaus Mølmer und Anders Sørensen theoretisch entworfenen Verfahren für die experimentelle Umsetzung eines Quanten-Gatters wird die Wechselwirkung zwischen den Ionen und dem Laserlicht parallel erzeugt. Dadurch können mit dem gleichen Mechanismus viele Ionen in einem einzigen Schritt miteinander verschränkt werden. Nun wollen die Innsbrucker Forscher diesen Verschränkungsmechanismus auch auf mehr als zwei Ionen anwenden und damit zum Beispiel so genannte GHZ-Zustände erzeugen. Auch gilt es, noch andere Arten von Rechenoperationen mit dem System zu testen. „Wir versprechen uns davon sehr viel, weil der Mechanismus sehr robust ist und im Experiment sehr einfach umgesetzt werden kann“, sagt Christian Roos. Unterstützt werden die Wissenschaftler bei ihren Forschungen unter anderen von der Universität Innsbruck, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Europäischen Union.

Publikation: Towards fault-tolerant quantum computing with trapped ions. J Benhelm, G Kirchmair, CF Roos, R Blatt. Nature Physics, Advance Online Publication, 27. 4. 2008.

Kontakt:
Dr. Christian Roos
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Otto-Hittmair-Platz 1
A-6020 Innsbruck, Austria
Tel: +43 512 507-4728
Fax: +43 512 507-9815
E-mail: Christian.Roos@uibk.ac.at
Dr. Christian Flatz
Public Relations
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Technikerstraße 21a, A-6020 Innsbruck,
Tel. +43 650 5777122
E-Mail: pr-iqoqi@oeaw.ac.at

Dr. Christian Roos | IQOQI
Weitere Informationen:
http://www.iqoqi.at/media/download
http://www.quantumoptics.at

Weitere Berichte zu: Quanten-Gatter Quantencomputer

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise