Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantencomputer: Wenn Photonen rechnen lernen

13.05.2013
Auf dem Weg zu einer immer effektiveren Informationsverarbeitung gelten Quantencomputer als äußerst aussichtsreiche Kandidaten.

Wissenschaftlern aus der Forschungsgruppe von Philip Walther von der Fakultät für Physik an der Universität Wien ist es gelungen, einen neuen und hocheffizienten Prototypen eines Quantencomputers zu bauen – einen Bosonen Sampling Computer. In der kommenden Ausgabe von "Nature Photonics" werden die Ergebnisse veröffentlicht.


Bild des optischen Netzwerks – der zentrale Teil des Wiener Bosonen Sampling Computers. Im Bild wird erkennbar, wie die Photonen gemäß den Gesetzen der Quantenphysik verschiedene Wege gleichzeitig zu nehmen scheinen. Copyright: Philip Walther Gruppe, Universität Wien

Quantencomputer basieren auf der Manipulation von einzelnen Quantenobjekten wie Photonen, Elektronen oder Atomen. Dabei helfen ihnen Quanteneffekte, nicht nur bestimmte Rechenaufgaben wesentlich schneller zu verarbeiten als klassische Computer, sondern sogar Aufgaben zu lösen, die selbst einen Supercomputer überfordern. Die dafür benötigte Quantentechnologie hat sich in den letzten Jahren immens weiterentwickelt, doch es ist immer noch eine große Herausforderung, einen marktreifen Quantencomputer zu bauen. Eine spannende offene Frage ist dabei, welche Quantenobjekte sich für die Umsetzung am besten eignen, da bestimmte Quantenobjekte individuelle Vorteile besitzen.

Mit Licht(geschwindigkeit) rechnen

Photonen, eine bestimmte Art von Bosonen, bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit über weite Strecken, ohne dabei ihre Information zu verlieren. Diesen einzigartigen Vorteil der Photonen nutzten Wissenschaftler von der Universität Wien in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Jena (Deutschland) aus, um den Prototyp eines Bosonen Sampling Computers zu bauen. Hierbei werden Photonen in ein kompliziertes optisches Netzwerk geschickt, in welchem es viele verschiedene Möglichkeiten gibt, zu einem bestimmten Ausgang zu gelangen. Philip Walther von der Fakultät für Physik erklärt: "Da die Photonen den Gesetzen der Quantenphysik gehorchen, scheinen sie alle möglichen Wege gleichzeitig zu nehmen. Das nennt man Superposition. Das Rechenergebnis dieses Quantencomputers lässt sich erstaunlich einfach auslesen: Man misst, wie viele Photonen das optische Netzwerk durch welchen Ausgang verlassen."

Wie man einen Supercomputer übertrumpfen kann

Klassische Computer müssten für diese Berechnung eine exakte Beschreibung des optischen Netzwerks kennen. Sogar ein Supercomputer wäre bereits damit überfordert, die Bewegung von ein paar Dutzend Photonen durch ein optisches Netzwerk mit nur einigen hundert Ein- und Ausgängen zu berechnen. Für einen Bosonen Sampling Computer ist dies hingegen kein Problem. Die Forscher treten nun mit ihrem Prototyp, welcher auf theoretischen Überlegungen von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (USA) basiert, diesen Beweis an. "Es ist äußerst wichtig sich zu vergewissern, ob ein solcher Quantencomputer erwartungsgemäß funktioniert. Deswegen vergleichen wir das experimentelle Ergebnis mit den Vorhersagen der Quantenphysik. Ironischerweise kann man diese Vorhersagen nur auf einem klassischen Computer berechnen und für kleinere Systeme ist dies zum Glück noch möglich", betont Max Tillmann, Erstautor der Veröffentlichung. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler zeigen, dass der von ihnen realisierte Bosonen Sampling Computer mit hoher Präzision arbeitet. Die viel versprechenden Ergebnisse könnten wegweisend sein, um klassische Supercomputer in naher Zukunft zu übertrumpfen.
Publikation:

Experimental Boson Sampling. Max Tillmann, Borivoje Dakiæ, René Heilmann, Stefan Nolte, Alexander Szameit, Philip Walther. Nature Photonics/Advanced Online Publication: 12. Mai 2013; Druckausgabe: Juli 2013
DOI: 10.1038/NPHOTON.2013.102

Verwandte experimentelle Arbeiten von A. Crespi et al. werden in derselben Ausgabe publiziert.

Wissenschaftlicher Kontakt
Max Tillmann
Quantenoptik, Quantennanophysik & Quanteninformation
Fakultät für Physik, Universität Wien
Quantum Information Science and Quantum Computation
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-72567
max.tillmann@univie.ac.at
http://www.quantum.at/
http://walther.quantum.at

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
Universität Wien
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-60277-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Michaela Wein | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at
http://www.quantum.at/
http://walther.quantum.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen
22.06.2017 | Universität Augsburg

nachricht Atomen beim Wettstreit um Bindungen zugeschaut
21.06.2017 | Universität Innsbruck

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: 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...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

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

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Informationstechnologie - Internationale Konferenz erstmals in Aachen

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Auf die richtige Verbindung kommt es an: Tiefe Hirnstimulation bei Parkinsonpatienten individuell anpassen

22.06.2017 | Medizintechnik

CO2-neutraler Wasserstoff aus Biomasse

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

22.06.2017 | Geowissenschaften