Nichtlineare Oszillatoren werden zu Instrumenten der Quanteninformationsverarbeitung
Operationen und Speicher von konventionellen Computern, die den Gesetzen der klassischen Physik gehorchen, basieren auf den Binärzahlen 0 und 1, wobei der Zustand von jedem Bit (die kleinste Informationseinheit) auf eine der beiden Zahlen eingestellt ist. Die herausragenden Aussichten, die das Quantencomputing bietet, bestehen darin, dass Basisinformationseinheiten, die als Quantenbits oder „Qubits“ bezeichnet werden, gleichzeitig („in Superposition“) 0 und 1 sein können. Das merkwürdige Phänomen der Quantenverschränkung, bei dem zwei oder mehr Objekte in Superposition selbst über große Entfernung untrennbar miteinander verbunden sind, bedeutet, dass Qubits gekoppelt sein können, um als Quantenlogik-Gates für die parallele Verarbeitung von Quanteninformationen zu fungieren. Mit zunehmendem Verständnis der wissenschaftlichen Grundlagen und Investitionen wird das Quantencomputing rasant Realität, sodass innerhalb weniger Jahre die Anwendung in der realen Welt in Aussicht steht. Vor diesem Hintergrund machte sich das EU-geförderte Projekt Suptango an die Entwicklung nichtlinearer supraleitender Mikrowellenresonatoren und nichtklassischer Zustände von Mikrowellenstrahlung, um diese Systeme auf die Quanteninformatik anzuwenden. Quantenalgorithmen Einleitend in Bezug auf das potenzielle Ausmaß sagt der leitende Forscher Prof. Jonas Bylander: „Durch die Ausarbeitung cleverer Quantenalgorithmen können wir einen Computer auf die Lösung von Problemen programmieren, die in manchen Fällen auf einem gewöhnlichen Computer nicht in Millionen von Jahren gehandhabt werden könnten.“ Suptango demonstrierte eine neuartige und skalierbare Methode, die auf nichtlinearen Oszillatoren für die hochempfindliche Detektion des Quantenbitinformationszustands basiert und genutzt wird, um die aus dem Quantencomputing resultierenden Informationen zu sammeln. Das Projekt demonstrierte zudem die Verstärkung von Mikrowellen an der äußersten Empfindlichkeitsgrenze. Dies ist wichtig, weil die Quanteninformationen, die in einzelne Quanten (Photonen) des Felds verschlüsselt sind, selbst bei geringstem Rauschen untergehen können. Zudem wurde eine Quelle quantenverschränkter Mikrowellenphotonen demonstriert, die Anwendung im Bereich des Quantencomputing mit stetigen Variablen, der Quantenkommunikation oder der Quantensensorik finden könnte. Die Spitzenposition der EU im Quantencomputing wahren Das bedeutsame Potenzial, welches das Quantencomputing in Aussicht stellt, lässt das Gebiet sehr wettbewerbsintensiv werden. Die Ergebnisse von Suptango stellen solide Schritte für eine Quanteninformationsverarbeitung mit stetigen Variablen dar, die durch die Nutzung nichtklassischer Zustände von Mikrowellenstrahlung ermöglicht wird. Aufgrund der exzellenten Kontrolle von Quantenzuständen, die dieser Ansatz durch die Verwendung supraleitender Bauelemente ermöglicht, zählt das Quantencomputing zu einem blühenden Feld, das von erheblichem strategischen Interesse für die EU ist. Um die Arbeit auf die nächste Stufe und in Richtung Kommerzialisierung zu lenken, bedarf es laut Bylander: „Kühner Investitionen in die Entwicklung der Quantenhardware, -software, -steuersysteme und Anwendungsfälle, so wie im Rahmen der neuen EU-Leitinitiative zur Quantentechnologie“. Vor diesem Hintergrund beteiligt sich Bylander jetzt an einem Team, das an der Erstellung eines supraleitenden Quantenprozessors arbeitet und von dem neuen Leitinitiativen-Konsortium www.opensuperq.eu (OpenSuperQ) mitfinanziert wird.
Schlüsselbegriffe
Suptango, Quantum, Qubit, Computing, Information, Verschränkung, Superposition, supraleitend, Mikrowellenstrahlung, Photonen, Algorithmen
