Quanten rechnen geometrisch

Quanten rechnen geometrisch

7. Dezember 2007 - Forschern der ETH Zürich ist es gelungen, mit einem Mikrochip und einem Quantenbit eine geometrische Transformation auszuführen.
Artikel erschienen in IT Magazine 2007/22

Physiker des Quantum Device Lab der ETH Zürich rund um Andreas Wallraff haben möglicherweise einen wichtigen Schritt hin zum Quantencomputer gemacht. So ist es zum ersten Mal gelungen, auf einem Mikrochip mit einem Quantenbit eine geometrische Operation auszuführen.


Diese könne man sich mit Hilfe einer kleinen Übung am besten vorstellen, so die Forscher. Dazu muss man den rechten Arm in die Höhe strecken und mit dem Daumen nach links zeigen. Dann muss man den Arm nach vorne senken, nach rechts schwenken und dann wieder über den Kopf anheben – und das alles, ohne den Arm zu drehen. Der Daumen, der vorher nach links zeigte, schaut nun nach vorne.

Diese Transformation, die sich in die Zustände 0 und 1 übersetzen lässt, wurde mit Hilfe eines supraleitenden Schaltkreises realisiert. In diesen wurden Mikrowellensignale hoher Frequenz eingespeist, mit denen die geometrischen Zustände kontrolliert werden konnten. Allerdings ist die Energiedifferenz zwischen beiden Zuständen so niedrig, dass der Quantenschaltkreis auf 0,02 K abgekühlt wurden musste, um ihn messen zu können. Zudem musste der Schaltkreis möglichst gut von Umwelteinflüssen, beispielsweise Mobiltelefonen, abgeschirmt werden, damit die Quantenzustände lange genug leben, um sie messen zu können.


Die ETH-Wissenschaftler sind der Überzeugung, dass die von ihnen demonstrierte kontrollierte Phasenveränderung dereinst dazu genutzt werden kann, um logische Steuerungselemente von Supercomputern zu konstruieren. Dabei sollten sich dank der Verwendung integrierter Elektronik die Schaltkreise auch auf eine grosse Anzahl von Quantenbits erweitern lassen, sofern einmal robuste Fertigungsprozesse entwikkelt seien. Andere heute bekannte Techniken, die nicht auf integrierter Elektronik basieren, böten diese Möglichkeit nicht, erklären die Forscher.

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