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Presseaussendung
Hartmut Häffner
"Kopplung von Ionenfallen-Quantencomputern"
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
hartmut.haeffner@uibk.ac.at
Tel.: 0512-507-4729
START-Preisträger 2006
KOPPLUNG VON IONENFALLEN-QUANTENCOMPUTERN
Computer sind heutzutage unausweichliche Begleiter in unserem täglichen
Leben. Jedes Jahr stellen Ingenieure immer kleinere und vor allem schnellere
Chips her. Extrapoliert man diese Entwicklung, wird man in etwa 15 Jahren
an die Grenze kommen, bei der ein Bit in einem einzelnen Atom gespeichert
wird. Für solche kleinen Objekte versagt unsere Intuition allerdings
nahezu komplett und die Regeln der Quantenmechanik müssen beachtet
werden. Ist es trotzdem möglich, einen Computer basierend auf diesen
neuen Regeln zu konstruieren?
Interessanterweise kann ein solcher Quantencomputer nicht nur gebaut werden,
er kann auch bestimmte mathematische Probleme wesentlich effizienter lösen
als existierende Computer. Quantenbits, oder auch Qubits genannt, sind
die Träger der Quanteninformation in solch einem Gerät. Sogar
ein kleiner Quantencomputer mit nur 40 Qubits kann quantenmechanische
Systeme simulieren, die die Kapazitäten heutiger Computer hoffnungslos
überfordern.
Für die Rechnungen müssen die Qubits mit hoher Güte initialisiert,
manipuliert und ausgelesen werden. Für die Manipulation von Quantensystemen
sind das extrem hohe Anforderungen. Trotzdem gelang es Innsbrucker Forschern
mit gespeicherten Ionen, diese Anforderungen schon für bis zu acht
Qubits zu erreichen.
Für einen nützlichen Quantencomputer jedoch benötigt man
weit mehr Qubits. Das vorliegende Projekt eröffnet Wege, die Anzahl
der verfügbaren Qubits durch die Kopplung von zwei oder mehr Ionenfallen
mittels Drähten weiter zu erhöhen. Die quantenmechanische Bewegung
eines gespeicherten Ions induziert einen Strom in den Drähten, der
sich dann auf die Bewegung der Ionen in einem anderen Quantencomputer
auswirkt. Mit dieser Methode kann die Quanteninformation über supraleitende
Drähte übertragen werden.
Diese Kopplung zwischen verschiedenen Fallen kann nicht nur dazu benutzt
werden, einen Quantencomputer zu bauen, sondern auch, um die Quanteneigenschaften
des Drahts zu bestimmen. Zum Beispiel kann man durch kontinuierliches
Kühlen eines Ions den Drähten ständig Energie entziehen
und damit die thermische Bewegung der Elektronen in den Drähten nahezu
einfrieren. Andererseits kann man einzelne Ionen nicht nur sehr gut kontrollieren,
sondern ihren Quantenzustand auch nahezu perfekt auslesen. So könnte
man ein einzelnes Ion als nahezu perfekten Quantenverstärker benutzen,
um zum Beispiel Ströme von nur einem Milliardstel eines Milliardstel-Ampere
zu messen.
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