Forscher erzielen Durchbruch bei Entwicklung von logischen Qubits auf Basis von Lichtpulsen für Quantencomputer

Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Universität Tokio haben gemeinsam einen großen Fortschritt im Bereich der Quantencomputer erzielt. Sie haben ein logisches Qubit entwickelt, das auf einem einzigen Lichtpuls basiert und bereits Fehlerkorrekturmechanismen enthält. Das ist ziemlich beeindruckend, wenn man bedenkt, dass herkömmliche Computer bei bestimmten Problemen an ihre Grenzen stoßen, bei denen Quantencomputer helfen könnten.

Jetzt fragst du dich vielleicht, was ein Qubit überhaupt ist. Nun, ein Qubit ist die kleinste Recheneinheit in einem Quantencomputer. Im Gegensatz zu den Bits in einem normalen Computer, die nur die Werte Null oder Eins annehmen können, basieren Qubits auf Überlagerungen dieser beiden Zustände. Das bedeutet, dass sie bestimmte Wahrscheinlichkeiten für Null und Eins repräsentieren. Klingt verrückt, oder? Aber das ist noch nicht alles – Qubits sind auch ziemlich empfindlich und anfällig für äußere Einflüsse, die dazu führen können, dass Informationen verloren gehen.

Um trotzdem zuverlässige Rechenergebnisse mit Quantencomputern zu erzielen, werden mehrere physikalische Qubits zu einem logischen Qubit zusammengeschlossen. Wenn eines der Qubits ausfällt, bleibt die Information durch die verbleibenden Qubits erhalten. Das Problem dabei ist jedoch, dass dafür eine große Anzahl an physikalischen Qubits benötigt wird.

Die Forscher haben nun einen neuen Ansatz gewählt, um dieses Problem anzugehen. Sie verwenden Lichtpulse als physikalische Qubits. Diese sind von Natur aus schneller als Festkörper-Qubits, aber auch anfälliger für Verluste. Um dies zu vermeiden, werden beim photonischen Ansatz mehrere Lichtpulse zu einem logischen Qubit gekoppelt.

Das coole an der Forschung der Wissenschaftler ist, dass sie ein Qubit mit eingebauter Fehlerkorrektur demonstriert haben. Statt eines einzelnen Photons haben sie einen Lichtpuls verwendet, der mehrere Photonen enthalten kann. Dieser wurde in einen quantenoptischen Zustand gebracht, der von Natur aus die Fähigkeit besitzt, Fehler zu korrigieren. Das heißt, dass Fehler im Prinzip sofort behoben werden können. Ein einzelner Lichtpuls reicht aus, um ein stabiles logisches Qubit zu erzeugen. Das ist ziemlich bahnbrechend, wenn du mich fragst.

Natürlich ist noch nicht alles perfekt. Das logische Qubit, das im Experiment erzeugt wurde, erreicht noch nicht die erforderliche Qualität, um eine echte Fehlertoleranz zu ermöglichen. Aber die Forscher haben gezeigt, dass nicht universell korrigierbare Qubits mithilfe modernster quantenoptischer Methoden in korrigierbare Qubits umgewandelt werden können. Die Ergebnisse wurden in der angesehenen Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Es ist auch erwähnenswert, dass diese Errungenschaften auf einer 20-jährigen Zusammenarbeit zwischen einer experimentellen Gruppe in Japan und einer Theorie-Gruppe in Deutschland basieren. Das zeigt, wie wichtig internationale Zusammenarbeit in der Wissenschaft ist.

Die Entwicklung in der Welt der Quantencomputer schreitet also weiter voran, und die neuen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Herausforderungen bei der Nutzung von Qubits zu überwinden und die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern zu verbessern. Es bleibt spannend zu beobachten, wie sich diese Technologie in Zukunft weiterentwickeln wird. Wer weiß, vielleicht werden wir in ein paar Jahren alle einen Quantencomputer in unserer Hosentasche haben.

Schlagwörter: JGU + Tokio + Peter van Loock

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