Supraleitende Schaltkreise zur Quanteninformationsverarbeitung
Beim Bau einer elektronische Schaltung stützen die Elektroingenieure ihre Entwürfe auf präzises Wissen über die Eigenschaften jedes einzelnen Bauteils. Zu allen Widerständen, Kondensatoren, Transistoren und Mikrochips gibt es ein detailliertes Datenblatt, das beschreibt, auf welche Weise jedes einzelne elektronische Bauteil verschiedene Signale verarbeitet. Auch die Aufgabe der Montage einer supraleitenden Quantenschaltung als Teil des Projekts "Advanced quantum measurement and detection for superconducting quantum circuits" (SQUBET) folgte diesen Anforderungen. Die SQUBET-Forscher setzten Quantentomografie ein, um die Funktion von Schaltungsteilen zu identifizieren. Im Einzelnen mussten sie die erwartete Quantengatterwirkung und die Identität der Eingangsquantenbits überprüfen. Die Wissenschaftler verwendeten Photonen als Quantenbits, welche als Quanteninformationsprozessor wirken, wenn sie zusammenarbeiten. Man entwickelte einen höchst empfindlichen supraleitenden Mikrowellendetektor zur Bestimmung der Photonenanzahl in einem Lichtimpuls. Ein theoretisches Modell der Detektorleistung wurde auf Grundlage des Kerr-Effekts formuliert, bei dem Photonen-Hopping zwischen benachbarten reflektierenden Hohlräumen zu einer Fülle von Phänomenen führt. Eine detaillierte Untersuchung von Fehlern in der Quantentomografie ergab das Vorhandensein von Rauschen in den Messungen. Die Forschungsarbeit im Rahmen des SQUBET-Projekts war jedoch nicht auf Messungen und deren anschließende Analyse beschränkt. Man erkundete sämtliche Aspekte - von der Konzipierung und dem Bau des Detektors bis zur zur Geräteinbetriebnahme. Nach dem Abschluss des SQUBET-Projekts sind zusätzliche Arbeiten im Gange. Man visiert genaue theoretische Beschreibungen der Eigenschaften jeder einzelnen Komponente in einer Quantenschaltung an. Letztlich wollen die Forscher für jedes Eingangs-Quantenbit den Ausgangswert vorhersagen können, nachdem dieser ohne vorausgesetzte Annahmen in Bezug auf die komplexe Schaltung bearbeitet wurde.
Schlüsselbegriffe
elektronische Schaltungen, Supraleiter, Quantentechnologie, Transistoren, Mikrochips, Quantenschaltkreis, Quantentomografie, Photonen, Detektor
