Uni Konstanz entwickelt sicheres Verfahren für Quantenbit-Austausch im Quantencomputer
Zwei Wissenschaftler der Universität Konstanz haben ein vielversprechendes Verfahren entwickelt, um Quantenbits im Quantencomputer sicher auszutauschen. Dabei spielen Photonen eine entscheidende Rolle, da sie dazu dienen, die Quantenbits zu transportieren. Der Quantencomputer wird oft als der nächste große Fortschritt in der Informationstechnologie angesehen und hat das Potenzial, komplexe Rechenprobleme zu lösen, die für herkömmliche Computer eine große Herausforderung darstellen. Doch bereits die Grundbausteine des Quantencomputers, die Quantenbits oder Qubits, sind äußerst empfindlich und schwer zu kontrollieren. Die Verbindung von zwei oder mehr Qubits stellt eine noch größere Herausforderung dar. Daher ist es von großer Bedeutung, einen zuverlässigen Informationsaustausch zwischen den Qubits zu ermöglichen.
Die beiden Physiker Benedikt Tissot und Guido Burkard von der Universität Konstanz haben ein theoretisches Modell entwickelt, das den Informationsaustausch zwischen den Qubits mithilfe von Photonen ermöglichen könnte. Die grundlegende Idee besteht darin, den Informationsinhalt der materiellen Qubits in ein fliegendes Photon umzuwandeln. Photonen sind die elementaren Einheiten des Lichts und eignen sich daher gut als Transportmittel für Quanteninformation.
Das Besondere an ihrem Modell ist, dass sie sogenannte stimulierte Raman-Emissionen verwenden, um die Qubits in Photonen umzuwandeln. Dadurch wird eine verbesserte Kontrolle über die Photonen erreicht. Statt die Steuerung der Photonenerzeugung zu optimieren, konzentrieren sich die Wissenschaftler auf die direkte Optimierung des zeitlichen Verlaufs des Lichtpulses beim fliegenden Qubit. Dadurch wird ein Paradigmenwechsel im Bereich der Quantenkommunikation vorgeschlagen.
Die Methode basiert auf einem 3-Level-System, das verwendet wird, um das Photon zu kontrollieren. Dabei werden verschiedene Aspekte berücksichtigt, wie die Richtung, Geschwindigkeit und das Ziel der Informationsübertragung. Durch den Einsatz von resonatorerweiterten, stimulierten Raman-Emissionen wird die Kontrolle über das Photon ermöglicht. Dies ermöglicht den Wissenschaftlern eine größere Auswahl an Bedienelementen, um das Photon präzise zu steuern.
Die Methode der stimulierten Raman-Emissionen ist in der Physik bereits bekannt, jedoch wird sie normalerweise nicht direkt für den Versand von Qubit-Zuständen verwendet. Das neuartige Verfahren bietet die Möglichkeit, schnell auf Störeffekte der Umgebung und unerwünschte Nebeneffekte zu reagieren, indem der zeitliche Verlauf des Lichtpulses präzise angepasst wird. Dadurch kann der Informationsfluss genauer kontrolliert werden.
Die detaillierte Methode wurde im Fachjournal Physical Review Research im Februar 2024 veröffentlicht. Die beiden Wissenschaftler, Benedikt Tissot und Guido Burkard, sind Experten auf dem Gebiet der Theoretischen Festkörperphysik und Quanteninformation an der Universität Konstanz.
Die Forschungsergebnisse könnten einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung des Quantencomputers leisten und den Weg für sichere und effiziente Informationsübertragung in Quantensystemen ebnen. Die weitere Forschung auf diesem Gebiet wird zeigen, ob das entwickelte Verfahren in der Praxis umgesetzt werden kann und welche Möglichkeiten sich dadurch für zukünftige Quantentechnologien eröffnen.
Schlagwörter: Benedikt Tissot + Guido Burkard + Konstanz
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