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Quanteninformationen in kleinen und großen Sprüngen ins Spiel bringen

Ein EU-finanziertes Forschungsprojekt verbesserte Verarbeitungsprozesse von Quanteninformationen (QI) mittels der Theorie der optimalen Regelung. Die theoretischen Arbeiten haben das Wissen über die Quantenprozesstomographie erweitert und dazu beigetragen, der Verwirklichung eines Quantencomputers einen Schritt näher zu kommen.
Quanteninformationen in kleinen und großen Sprüngen ins Spiel bringen
Quantencomputer, die quantenmechanische Eigenschaften wie Superposition und Verschränkung nutzen, um an Daten Operationen auszuführen, versprechen eine sehr viel leistungsfähigere Verarbeitung als herkömmliche Computer. Im Gegenzug werden sie Wissenschaftlern ermöglichen, Algorithmen abzuarbeiten, die weit über die Möglichkeiten eines Binärsystems hinausgehen.

Allerdings gibt es zwei große Probleme mit Quanteninformationen, die gelöst werden müssen, um eine technische Umsetzung zuwege zu bringen. Das eine ist die Fähigkeit zur Durchführung einer gewünschten unitären Operation auf einem ausgewählten Quantensystem mit einer sehr hohen Genauigkeit und das andere ist die Bewahrung der Systemkohärenz während der Durchführung der Operation.

Ein theoretisches Rahmenkonzept, das beide Probleme angeht, wurde innerhalb des EU-finanzierten Projekts "Quantum control applied to quantum information" (QOC4QIP) erarbeitet. Zunächst entwickelten die Forscher einen allgemeinen Ansatz zur Behandlung von Dekohärenz, ohne irgendeine Annahme über die Wechselwirkung des Systems mit seiner Umgebung zu treffen, um eine nicht-triviale Bandstruktur zu ermöglichen. Für numerische Simulationen wurde auf den Hamilton-Ansatz zurückgegriffen, d. h. es war die Kombination von Konzepten aus verschiedenen Bereichen der Physik erforderlich.

Der zweite Teil des Projekts, der eine Zusammenarbeit von Nachwuchsforschern und qualifizierten Forschern mit sich brachte, konzentrierte sich auf eine Modellierung zur Anwendung von optimalen Regelungsalgorithmen auf offene Systeme. Die laufenden Arbeiten sind weiterhin darauf ausgerichtet, die bestmögliche Quantenzustandstomographie für supraleitende Qubits zu bestimmen.

Die algebraische Theorie des Projekts QOC4QIP hat eine einsichtigere Klassifikation der Lösungsansätze für dieses Forschungsgebiet ermöglicht und deutlich werden lassen, wo noch viel Forschungsarbeit zu leisten ist. Diese Forschung ordnet sich in eine umfassendere internationale Zusammenarbeit ein.

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