Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schneller als der Quantencomputer erlaubt?

01.02.2019

Quantencomputer sind leistungsfähiger als klassische Computer, weil sie mit kohärenten “Quantenbits” arbeiten, statt mit klassischen Nullen und Einsen. Aber was, wenn die Naturgesetze anders wären als bisher gedacht – wären dann vielleicht noch leistungsfähigere “Science Fiction-Computer” denkbar? Forscher der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Wien haben nun gezeigt, dass dies nicht möglich ist – solange diese Maschinen den gleichen Konstruktionsprinzipien genügen wie gewöhnliche Schaltkreise und deren Quantenversionen. Die Ergebnisse der Untersuchung erschienen kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Quantum Information.

Heutzutage sind Computer aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Was einst ein entfernter Zukunftstraum war, trägt heutzutage jeder in der Tasche.


Dennoch sind Computer ganz normale Objekte der Physik – und wie Quanten-Computing gezeigt hat, können neue physikalische Erkenntnisse manchmal auch zu neuen Arten von Computern führen.

Die Quantenphysiker Marius Krumm von der Universität Wien und Markus Müller vom Wiener Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), haben sich der Frage angenommen, welche Arten von Computern denkbar wären, wenn das Verständnis von Physik anders wäre als heute gedacht.

Theoretische Eigenschaften solcher "Science-Fiction-Computer" können viel über das Quanten-Computing verraten.

Bits und Qubits

Die wesentlichen Bestandteile von Computern sind die Bits: Alternativen von “ja” oder “nein”, vernetzt in einem Schaltkreis. In einem gewöhnlichen Laptop ist jedes Bit entweder eine 0 oder eine 1. Quantencomputer dagegen arbeiten mit Quantenbits: diese kann man sich als Punkte auf einer drei-dimensionalen Kugel vorstellen: Der Nordpol ist die 0 und der Südpol die 1. Ein “Qubit” kann auch jeden Platz dazwischen einnehmen (zum Beispiel auf dem Äquator) – die sogenannten Superpositionszustände.

In ihrer aktuellen Studie betrachten Krumm und Müller Bits ebenfalls als Punkte auf einer Kugel, aber im Gegensatz zum Quantenbit muss diese Kugel nicht drei-dimensional sein. Vor einigen Jahren hatten zwei Quantenphysiker von Universität Wien und ÖAW, Borivoje Dakić and Ćaslav Brukner, die Vermutung aufgestellt, dass diese Kugeln alternative Physik in Welten mit mehr als drei räumlichen Dimensionen beschreiben.

Um diese Idee zu testen entwickelten Krumm und Müller zwei Annahmen, wie diese Bits zusammengeschaltet sein können: Erstens, dass sie mit reversiblen Gattern wie AND oder NOT verarbeitet werden.

Zweitens, dass sie eine intuitive Eigenschaft von herkömmlichen und Quantencomputern erfüllen: Kennt man die einzelnen Bits und ihre Korrelationen, so kennt man alles, was es über den Schaltkreis zu wissen gibt.

Das überraschende Ergebnis: Obwohl ihre Bits komplizierter sind, hätten diese Computer extrem eingeschränkte Fähigkeiten. Sie wären keinesfalls schneller als Quantencomputer und könnten auch keine gewöhnlichen Algorithmen ausführen.

In diesem Sinn sind drei Dimensionen und das Quantenbit speziell: Frei nach einer Wortschöpfung des Computerwissenschafters Scott Aaronson sind sie eine "Insel im Raum der Theorien".

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Marius Krumm
Universität Wien
1090 - Wien, Boltzmanngasse 3
marius.krumm@univie.ac.at

Dr. Markus Müller
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation Wien
Österreichische Akademie der Wissenschaften
1090 - Wien, Boltzmanngasse 3
+43 1 4277 295 51
markus.mueller@oeaw.ac.at

Originalpublikation:

Publikation in "Nature Quantum Information":
Marius Krumm & Markus P. Müller: Quantum computation is the unique reversible circuit model for which bits are balls (2019)
DOI: 10.1038/s41534-018-0123-x

Paulina Parvanov | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenimaging: Unsichtbares sichtbar machen
02.04.2020 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

nachricht Internationales Physiker-Team berechnet Effekt virtueller quarks in der Streuung von zwei Lichtquanten
02.04.2020 | Universität Regensburg

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: Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

Wassertropfen, die auf Oberflächen fallen oder über sie gleiten, können Spuren elektrischer Ladung hinterlassen, so dass sich die Tropfen selbst aufladen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben dieses Phänomen, das uns auch in unserem Alltag begleitet, nun detailliert untersucht. Sie entwickelten eine Methode zur Quantifizierung der Ladungserzeugung und entwickelten zusätzlich ein theoretisches Modell zum besseren Verständnis. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte der beobachtete Effekt eine Möglichkeit zur Energieerzeugung und ein wichtiger Baustein zum Verständnis der Reibungselektrizität sein.

Wassertropfen, die über nicht leitende Oberflächen gleiten, sind überall in unserem Leben zu finden: Vom Tropfen einer Kaffeemaschine über eine Dusche bis hin...

Im Focus: Harnessing the rain for hydrovoltaics

Drops of water falling on or sliding over surfaces may leave behind traces of electrical charge, causing the drops to charge themselves. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz have now begun a detailed investigation into this phenomenon that accompanies us in every-day life. They developed a method to quantify the charge generation and additionally created a theoretical model to aid understanding. According to the scientists, the observed effect could be a source of generated power and an important building block for understanding frictional electricity.

Water drops sliding over non-conducting surfaces can be found everywhere in our lives: From the dripping of a coffee machine, to a rinse in the shower, to an...

Im Focus: Quantenimaging: Unsichtbares sichtbar machen

Verschränkte Lichtteilchen lassen sich nutzen, um Bildgebungs- und Messverfahren zu verbessern. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena hat eine Quantenimaging-Lösung entwickelt, die in extremen Spektralbereichen und mit weniger Licht genaueste Einblicke in Gewebeproben ermöglichen kann.

Optische Analyseverfahren wie Mikroskopie und Spektroskopie sind in sichtbaren Wellenlängenbereichen schon äußerst effizient. Doch im Infrarot- oder...

Im Focus: Sensationsfund: Spuren eines Regenwaldes in der Westantarktis

90 Millionen Jahre alter Waldboden belegt unerwartet warmes Südpol-Klima in der Kreidezeit

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Geowissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)...

Im Focus: A sensational discovery: Traces of rainforests in West Antarctica

90 million-year-old forest soil provides unexpected evidence for exceptionally warm climate near the South Pole in the Cretaceous

An international team of researchers led by geoscientists from the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) have now...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

Europäischer Rheumatologenkongress EULAR 2020 wird zum Online-Kongress

30.03.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erste SARS-CoV-2-Genome aus Österreich veröffentlicht

03.04.2020 | Biowissenschaften Chemie

Projekt »Lade-PV« gestartet: Fahrzeugintegrierte PV für Elektro-Nutzfahrzeuge

03.04.2020 | Energie und Elektrotechnik

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics