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Quantum Properties of Distributed Systems

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Mehr als Bits

Die Aussicht, dass die Natur auf Quantenebene kohärent kontrolliert und manipuliert wird, ist ein mächtiger Anreiz und zugleich eine faszinierende Herausforderung für das QUPRODIS-Projekt.

Digitale Wirtschaft

Informationsverarbeitung findet derzeit mit Größen wie Ladungen, Spannungen oder Strömen in elektronischen Geräten statt, die auf Grundlage der klassischen Physik arbeiten. Genauer gesagt führen herkömmliche Computer Berechungen anhand grundlegender Informationseinheiten, sogenannter Bits, durch, die die Werte 0 und 1 annehmen können. Die Quanteninformationsverarbeitung hingegen verspricht die Nutzung der Gesetze der Quantenphysik. Es wird eine Vielzahl von Technologien auf deren Eignung für den Einsatz in einem Quantencomputer hin untersucht, der Quantenbits nutzt, die beide Werte 0 und 1 gleichzeitig darstellen. Forschungen zur Quanteninformationsverarbeitung müssen daher stark interdisziplinär sein, und gemeinsame Anstrengungen haben zum Aufbau eines umfassenden Konsortiums mit 15 QUPRODIS-Projektpartnern geführt. Bei einem Quantencomputer werden die grundlegenden Gatterfunktionen durch logische Operationen mit individuellen Quantenbits und kontrollierte kohärente Interaktion zwischen zwei Quantenbits ermöglicht. Das vollständig theoretische QUPRODIS-Projekt hat sich auf die Informationsverarbeitung und -übertragung durch kontrollierbare und verteilte Systeme (Atome und Moleküle) konzentriert und mechanische Vorgänge sowie neue Quantenalgorithmen untersucht. Bereits zu Beginn des Projektes wurden neue Ideen im Zusammenhang mit Quantenkohärenz und -verschränkung untersucht, auch wenn theoretische Ansätze der experimentellen Umsetzung dieser Ideen unter Umständen weit voraus sind. Geheime Korrelationen sind bereits heute wichtige Ressourcen in der klassischen Kryptografie, bei der Sender und Empfänger über identische Codebücher verfügen, deren Inhalt nur diesen bekannt ist. Verschränkung als eine neue Form dieser geheimen Korrelationen ist eine wichtige Ressource für die Kommunikation zwischen entfernten Laboren. Die Übertragung der Konzepte der Quanteninformationstheorie auf weitere Bereiche der theoretischen Physik wie Quantenfeldtheorie oder Physik der kondensierten Materie hat sich ebenso als ergiebig erwiesen. Forschungsarbeiten im Rahmen des QUPRODIS-Projektes waren in mehreren theoretischen Bereichen zweifellos auf dem neuesten Stand der Technik und haben einen Meilenstein für mögliche künftige Anwendungen gesetzt.

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