Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat eine neue Methode entwickelt, um Qubits auf einem Quantencomputer anzusteuern. Qubits sind die grundlegenden Bausteine eines Quantencomputers und k\u00f6nnen sowohl den Zustand 0 als auch den Zustand 1 gleichzeitig tragen, was ihnen ein enormes Rechenpotenzial verleiht. Allerdings sind Quanteninformationen \u00e4u\u00dferst empfindlich und verg\u00e4nglich, weshalb die Industrie immer noch auf der Suche nach M\u00f6glichkeiten ist, Quanteninformationen effizient zu \u00fcbertragen.<\/p>\n
Das Forschungsteam des HZDR hat nun einen neuen Ansatz pr\u00e4sentiert, um dieses Problem zu l\u00f6sen. Die Wissenschaftler haben es geschafft, in einem handels\u00fcblichen Material, Siliziumkarbid, Magnonen zu erzeugen. Magnonen sind wellenartige Anregungen in einem Magneten und k\u00f6nnen verwendet werden, um ein Qubit gezielt anzusprechen. Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe wurden im Fachjournal Science Advances ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n
Quantencomputer gelten als \u00e4u\u00dferst vielversprechende Rechnerkonzepte, da sie Routenoptimierungen, Molek\u00fclsimulationen und Datenbanksuchen deutlich schneller erledigen k\u00f6nnten als herk\u00f6mmliche Supercomputer. Allerdings sind die bisherigen Modelle noch nicht ausreichend leistungsf\u00e4hig, da sie \u00fcber eine zu geringe Anzahl an Qubits verf\u00fcgen. Eine L\u00f6sungsm\u00f6glichkeit k\u00f6nnte darin bestehen, mehrere kleinere Quantencomputer zu konstruieren und miteinander zu verbinden. Das Problem besteht jedoch darin, die Quanteninformation zwischen den Modulen so zu \u00fcbertragen, dass sie nicht verloren geht. Hier setzt das Projekt des HZDR an.<\/p>\n
Bisher ist die Verwendung von Mikrowellen die g\u00e4ngige Methode, um Quanteninformationen zu \u00fcbertragen und Qubits anzusteuern. Google und IBM verfolgen diesen Ansatz mit ihren supraleitenden Qubits, die derzeit als das fortschrittlichste Konzept f\u00fcr Quantencomputer gelten. Das HZDR-Team verwendet hingegen Magnonen, um die Qubits anzusteuern. Magnonen sind magnetische Anregungswellen, die durch ein Material mit magnetischen Eigenschaften verlaufen. Der Vorteil besteht darin, dass die Wellenl\u00e4nge von Magnonen deutlich k\u00fcrzer ist als die herk\u00f6mmlicher Mikrowellentechnik. Dadurch k\u00f6nnen die Bauteile platzsparender konstruiert werden.<\/p>\n
Um Magnonen gezielt zu erzeugen, haben die HZDR-Forscher eine Schicht aus Siliziumkarbid verwendet. An einigen Stellen im Kristall fehlte ein Siliziumatom, an denen Elektronen aufgrund ihres Spins als Qubits dienen k\u00f6nnen. \u00dcber diesen Qubits platzierten die Experten ein spezielles Bauteil, bestehend aus einer mikrometerkleinen Scheibe aus einer magnetischen Nickel-Eisen-Legierung, um die Magnonen anzusteuern.<\/p>\n
Das Experiment hat gezeigt, dass es prinzipiell m\u00f6glich ist, Qubits gezielt durch die Verwendung von Magnonen anzusprechen. Obwohl mit dem aktuellen Versuchsaufbau noch keine Quantenberechnungen durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen, deutet dies auf das Potenzial hin, das Magnonen f\u00fcr die Ansteuerung von Qubits haben k\u00f6nnten. Bisher steht die Verwendung von Magnonen zur Ansteuerung von Qubits noch nicht vollst\u00e4ndig im Fokus der Quantencomputer-Szene. Das Experiment des HZDR zeigt jedoch, dass diese Magnetwellen m\u00f6glicherweise einen praktischen Nutzen haben k\u00f6nnten.<\/p>\n
Die Experten haben bereits Pl\u00e4ne, ihren Ansatz weiterzuentwickeln. Sie m\u00f6chten mehrere eng benachbarte Qubits so ansteuern, dass sie quantenmechanisch miteinander verschr\u00e4nkt werden k\u00f6nnen. Die langfristige Vision besteht darin, Magnonen durch elektrischen Gleichstrom so pr\u00e4zise anzusteuern, dass sie gezielt und ausschlie\u00dflich mit einem einzelnen Qubit kommunizieren k\u00f6nnen.<\/p>\n
Die verwendeten Materialien, Siliziumkarbid und die Nickel-Eisen-Legierung, sind bereits weit verbreitet in der Industrie im Gegensatz zu den eher ungew\u00f6hnlichen Materialien, die von anderen Forschungsteams bisher f\u00fcr Magnonen-Quantenexperimente genutzt wurden. Dies macht den Ansatz des HZDR m\u00f6glicherweise f\u00fcr einen praktischen Einsatz attraktiv.<\/p>\n
Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) betreibt Forschung in den Bereichen Energie, Gesundheit und Materie. Der Fokus liegt dabei auf Fragen zur effizienten Nutzung von Energie und Ressourcen, zur Verbesserung der Visualisierung, Charakterisierung und Behandlung von Krebserkrankungen sowie zum Verhalten von Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinen Dimensionen.<\/p>\n
Das HZDR entwickelt und betreibt gro\u00dfe Infrastrukturen wie das Ionenstrahlzentrum, das Hochfeld-Magnetlabor Dresden und das ELBE-Zentrum f\u00fcr Hochleistungs-Strahlenquellen. Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft betreibt das HZDR sechs Standorte und besch\u00e4ftigt fast 1.500 Mitarbeiter, darunter etwa 670 Wissenschaftler.<\/p>\n
Schlagw\u00f6rter: HZDR-Forscher Mauricio Bejarano + Helmut Schulthei\u00df + Qubits<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat eine neue Methode entwickelt, um Qubits auf einem Quantencomputer anzusteuern. Qubits sind die grundlegenden Bausteine eines Quantencomputers und k\u00f6nnen sowohl den Zustand 0 als auch den Zustand 1 gleichzeitig tragen, was ihnen ein enormes Rechenpotenzial verleiht. Allerdings sind Quanteninformationen \u00e4u\u00dferst empfindlich und verg\u00e4nglich, weshalb die...<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":5830,"comment_status":"","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-5831","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-uncategorized"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/5831","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=5831"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/5831\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/5830"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=5831"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=5831"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=5831"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}