Ein Konzept zur Verbindung von wichtigen Teilen eines Quantencomputers – wie etwa des Prozessors oder des Speichers – haben Innsbrucker Wissenschafter entwickelt. Mit gezielten Eingriffen in jene Teilchensysteme, die die fragile Quanteninformation tragen, könnte eine störungsfreiere Datenübertragung gelingen, berichten sie im Fachblatt „Nature Communications“.

Vom Quantencomputer erhoffen sich Wissenschafter große Fortschritte in der Computertechnik. Dabei sollen die seltsam anmutenden Eigenschaften der Quantenwelt für besonders schnelle Berechnungen genutzt werden.

Quantenobjekte sind empfindlich

Weltweit arbeiten daher Forscher an der Konstruktion solcher Systeme. Die Umsetzung gestaltet sich allerdings schwierig. Ein Grund dafür ist, dass die winzigen Quantenobjekte äußerst anfällig auf Einflüsse aus der Umwelt reagieren, und dadurch ihre besonderen Eigenschaften verlieren. Obwohl die Systeme mit hohem Aufwand gegenüber Umwelteinflüssen abgeschirmt werden, können bisher auch unter Laborbedingungen nur kleine Prototypen gebaut werden, heißt es am Montag in einer Aussendung der Uni Innsbruck.

Um die Anfälligkeit zu reduzieren, schreiben Wissenschafter die Quanteninformation nicht in ein einzelnes Quantenteilchen, sondern in eine größere Anzahl an Quantenobjekten ein. Solche „logischen Quantenbits“ sind gegenüber Störungen unempfindlicher, es brauche aber trotzdem verschiedenste Fehlerkorrekturcodes, um das Funktionieren zu gewährleisten.

Informationen können ausgetauscht werden

Das Forschungsteam um Hendrik Poulsen Nautrup und Hans Briegel vom Institut für Theoretische Physik der Uni Innsbruck und den am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien arbeitenden Nicolai Friis hat nun einen Weg gefunden, um Quanteninformation zwischen unterschiedlichen Systemen des Computers auszutauschen.

Erste Quantenprozessoren und Quantenspeicher gibt es in Labors bereits. Um dort logische Quantenbits einzuschreiben, werden allerdings verschiedene Arten der Codierung verwendet. „Damit diese beiden Systeme quantenmechanisch miteinander sprechen können, müssen sie verschränkt werden. Wir haben ein Verfahren entwickelt, mit dem unterschiedlich codierte Quantensysteme verbunden werden können“, so Poulsen Nautrup.

Gelingen soll das, den theoretischen Arbeiten der Gruppe zufolge, indem einzelne Elemente der auf mehrere Teilchen verteilten Quantenbits gezielt manipuliert werden. So ließen sich die Systeme kurzzeitig quantenphysikalisch miteinander „vernähen“, was dann zur Folge hat, dass danach die Quanteninformation vom Prozessor in den Speicher oder umgekehrt geladen werden könne. Die Physiker wollen ihr neues Verfahren bald in Versuchen im Labor testen.