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Quantencomputer Wirklichkeit werden lassen

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde untersucht, wie sich Theorien verschiedener Zweige der Quantenwissenschaft auf die Informationsverarbeitung anwenden lassen. Die Initiative hatte die Erforschung physikalischer Technologien zum Ziel, die tiefgreifende Auswirkungen auf Kommunikationssysteme haben könnten, die in unserer Gesellschaft omnipräsent sind. Dazu wurden kondensierte Materie und quantenoptische Systeme in Zusammenhang gebracht.
Quantencomputer Wirklichkeit werden lassen
Probleme, an deren Lösung heutige Computer Jahre arbeiten, könnten in Minuten gelöst werden, wenn man sich das Verhalten von Materie und Energie auf atomarer und subatomarer Ebene zunutze macht. Die Auswirkungen der Quanteninformations- (QI) Revolution werden gewaltig sein und so unterschiedliche Bereiche wie eine völlig sichere Kommunikation und eine komplexe Modellierung für die Werkstofftechnik und die Entwicklung neuer Arzneistoffe erreichen.

Allerdings müssen die Wissenschaftler erst noch identifizieren, welche Quantensysteme sich so steuern lassen, dass sie den physischen Träger für eine QI-Verarbeitung bilden. Im Rahmen des EU-finanzierten Forschungsprojekts "Theory of quantum computation and many-body simulation with novel quantum technologies" (THECONSINT) wurde an einer Verfeinerung der Suche durch Nutzung der jüngsten Fortschritte bei der Anwendung von Quanten-Moden gearbeitet. Im Unterschied zu Quantenbits, die nur zwei Zustände annehmen können, sind Moden theoretisch imstande, eine unendliche Anzahl von Zuständen aufzuspannen. Bislang ist es jedoch nicht möglich gewesen, diese in ausreichender Anzahl zu steuern.

Man schaute sich mögliche Vorteile der jüngsten Quantentechnologien genauer an, u. a. Schaltkreis-Quantenelektrodynamik, optisch-mechanische Oszillatoren und gefangene Ionen. Es wurde ein neues Messschema für Quantentechnologien entwickelt, wobei eine Möglichkeit besteht, die Quantentomographie eines Netzwerks von beschränkten Variablen genau zu bestimmen.

Die Forschung führte zu innovativen Ansätzen für die Quanteninformatik, wobei der Cluster-Zustand durch die Einführung eines Satzes nicht dicht liegender, lokaler Hamiltonians erzeugt wird, deren einzigartiger Grundzustand der kontinuierlich veränderliche Cluster-Zustand ist. Ein zweiter, sequenzieller Ansatz entschärft die Forderung nach der Bewahrung der Kohärenz eines stark verschränkten Zustandes während der Verarbeitung und bewirkt eine Verringerung des Rauschens.

Durch die Projektarbeit wurde der wissenschaftliche Erkenntnisstand auf diesem Gebiet bereichert, und mit dem Ansatz der messungsbasierten Quanteninformatik, der Synergien zwischen QI und Mehrkörpersystemen nutzbar macht, wurde Pionierarbeit geleistet.

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