Verschränkungsbasierte Zertifizierung von Quantentechnologie

Verschränkung ist eine Form von Korrelation zwischen den Messergebnissen unterschiedlicher Messgrößen von zwei oder mehr Quantensystemen, welche sogar dann aufrecht bleibt, wenn die Gesetze der Quantenmechanik verhindern, dass die relevanten Messgrößen gleichzeitig messbar sind. Das bedeutet, obwohl man nicht davon sprechen kann, dass die Messergebnisse unabhängig von der Messung Eigenschaften der individuellen Systeme darstellen können, und obwohl die Messgrößen frei wählbar sind, können die jeweiligen Ergebnisse perfekt korreliert sein. Abgesehen von der konzeptuellen Bedeutung diese Überlegungen für die Quantentheorie, und der zahlreichen Anwendungen in der Quantenkommunikation, etwa für sogenannte Quantenteleportation, ist Verschränkung ein zentrales Merkmal von vielen, wenn nicht sogar allen derzeitigen Quantentechnologien, insbesondere im Bereich von Quantencomputern und Quantensimulation. Daher können die Detektion und Quantifizierung von Verschränkung, sowie die Identifikation von Verschränkungsstrukturen in komplexen Quantensystemen als Indikatoren für die Qualität der Kontrolle über besagte Systeme im Labor herangezogen werden. In diesem Sinne kann man das Vorhandensein von Verschränkung als eine Form von Gütesiegel für Quantentechnologien auffassen. Dieses Projekt im Gebiet der Quanteninformationstheorie zielt darauf ab, verschränkungsbasierte Zertifizierungsverfahren für Quantentechnologien in den Bereichen Quantencomputer, Quantensimulatoren und Quantenkommunikation zu entwickeln. Vor nur wenigen Jahren war Forschung in Quanteninformationsverarbeitung aufgeteilt zwischen abstrakten theoretischen Überlegungen auf der einen Seite, und stark eingeschränkten technischen Möglichkeiten was die Anzahl, Qualität, und Kontrolle über Quantensysteme im Labor betrifft, auf der anderen. Während diese Kluft im Lichte jüngster technologischer Entwicklungen schnell schrumpft, steigt der Bedarf an pragmatischen neuen Werkzeugen und Lösungsansätzen, sowohl in der Theorie, als auch im Experiment. Dieses Forschungsvorhaben ist dabei als Schlussstein gedacht, der sowohl von den genannten Entwicklungen getragen wird, als auch dazu beiträgt, die Lücke zwischen Theorie und Experiment zu schließen. Das Projekt wird neue theoretische Methoden zur Detektion und Quantifizierung von Verschränkungsstrukturen in Vielteilchenquantensystemen entwickeln. Die daraus entstehenden Techniken werden auf praktischen Notwendigkeiten aufbauen, helfen komplexe Verschränkungsstrukturen zu verstehen, und werden theoretische Einsichten mit experimenteller Anwendbarkeit in aktuellen und zukünftigen Quantentechnologien vereinen. Damit wird das Projekt zu einem tieferen Verständnis komplexer Quantensysteme beitragen. Die Resultate dieses Projektes werden die entwickelten Techniken als anerkannte und nützliche Werkzeuge zur Charakterisierung von Quantentechnologien in verschiedenen physikalischen Plattformen etablieren, besonders im derzeit vorherrschenden störungsreichen Regime.