Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenkorrelationen im Tank

19.12.2013
Freiburger Quantenphysiker liefern neue Einsichten in die Funktionsweise von leistungsfähigeren Rechenmaschinen

Quantencomputer sind Rechenmaschinen, die heute verfügbare Superrechner in ihrer Leistungsfähigkeit um ein Vielfaches übertreffen sollen. Sie verdanken ihre Rechenstärke einem besonderen, schwer fassbaren Kraftstoff, der nur in der Quantenwelt fließt: Quantenkorrelationen.


Falschfarbendarstellung des Maßes an Quantenkorrelationen, die dem geladenen Quantenteilchen im Experiment eingeschrieben wurden. Der Grad der Quantenkorrelation nimmt von Dunkelblau nach rot zu. Quelle: Manuel Gessner/Universität Freiburg

Die Freiburger Physiker Manuel Gessner, Prof. Dr. Heinz-Peter Breuer und Prof. Dr. Andreas Buchleitner haben zusammen mit Wissenschaftlern der University of California in Berkeley/USA gezeigt, wie sich Quantenkorrelationen effizient nachweisen lassen. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht. Die Arbeit entstand unter dem Dach eines Kooperationsabkommens der Universitäten in Freiburg und Berkeley und des Lawrence Berkeley National Laboratory. Der Doktorand Manuel Gessner forschte ein Jahr lang in Berkeley.

Bei Quantenkorrelationen handelt es sich um die wechselseitige Bedingtheit der lokalen Eigenschaften von so genannten Quantenbits. Letztere sind die Einzelteile eines Quantencomputers und unterliegen hinsichtlich ihrer Eigenschaften dem quantenmechanischen Prinzip der Unschärfe.

Dies besagt, dass eine Messung an einem einzelnen Quantenbit ein zufälliges, nur statistisch prognostizierbares Ergebnis liefert. Stellt man sich ein Quantenbit als Kugel vor, deren Farbe oder Musterung zu messen ist, so ergibt eine einzelne Messung beispielsweise gestreift oder kariert, rot oder grün.

Quantenkorrelationen äußern sich nun so, dass die Messergebnisse an einem einzelnen Quantenbit für sich jeweils unvorhersagbar sind, der Vergleich der Ergebnisse an zwei getrennten Quantenbits aber streng korreliert sein kann: Ist das eine Teilchen gestreift, hat das andere Karos. Ist das eine rot, leuchtet das andere grün. Diese Eigenschaft gibt es nur in der Quantenwelt und ist eine Konsequenz des Superpositionsprinzips. Ihr verdanken Quantencomputer ihre Rechenkraft.

Für den Rechnerbetrieb ist es wichtig, verlässlich sagen zu können, wie viel von diesem kostbaren Saft ein Quantencomputer noch im Tank hat. Dies gilt jedoch als schwierige Frage: Bisher ging die Forschungsgemeinde davon aus, hierfür den Gesamtzustand der Maschine genau kennen und die Maschine in ihre Einzelteile zerlegen zu müssen. Die Physiker aus Freiburg und Berkeley haben nun gezeigt, dass das nicht notwendig ist: Tatsächlich genügt es, lediglich wenige Komponenten der Quantenmaschine über eine endliche Zeitspanne zu beobachten und diese Zeitentwicklung mit der eines geeignet präparierten Referenzzustandes zu vergleichen.

Diese konzeptionelle Einsicht wurde in einem hochpräzisen Experiment an einem geladenen Quantenteilchen nachgewiesen. Zudem konnten die Wissenschaftler zeigen, dass ihr Ansatz auch für die Analyse komplexerer Quantenregister, in denen Quantenbits gespeichert werden, nutzbar ist. Die Möglichkeit, von einem Teil auf eine wesentliche Eigenschaft des Ganzen schließen zu können, befeuert die Hoffnung, auch die Komplexität großer Quantenregister in den Griff zu bekommen.

Originalpublikation:
M. Gessner, M. Ramm, T. Pruttivarasin, A. Buchleitner, H-P. Breuer und H. Häffner (2013): Local detection of quantum correlations with a single trapped ion. Nature Physics. doi:10.1038/nphys2829
Kontakt:
Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Physikalisches Institut
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5830 oder -5821 (Sekretariat)
E-Mail: a.buchleitner@physik.uni-freiburg.de
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/abs/nphys2829.html

Rudolf-Werner Dreier | Uni Freiburg im Breisgau
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert
09.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Elektronenautobahn im Kristall
09.12.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie