Neue Methode ebnet Weg für fehlerfreie Quantencomputer

Quantencomputer versprechen schnellere Berechnungen, allerdings ist ihre grundlegende Informationseinheit, die sogenannten Quantenbits, störanfällig. Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich berichten im Fachjournal "Nature" über eine Methode, diese Störungen exakter zu messen als es bisher möglich war. Das ermöglicht einen Weg für eine Fehlerkorrektur bei Quantencomputern.

Zukünftige Quantencomputer werden hocheffizient rechnen können, aber unweigerlich Fehler machen. Denn die beispielsweise in Ionen oder Atomen realisierten Quantenbits (Qubits) sind sehr empfindlich gegenüber Störungen. Um Fehler zu erkennen und zu korrigieren, muss man diese Störungen exakt messen können. Das ist aber gar nicht so einfach.

Störungen exakt aufspürbar

Bisher setzte man dafür hauptsächlich auf den Trick, die Information in mehreren Qubits redundant zu speichern, um Fehler aufzuspüren und zu korrigieren. Das ist allerdings technisch sehr aufwendig. Nun demonstrierten die Forscher um Jonathan Home von der ETH Zürich eine Methode, die exaktere Messungen von Störungen einzelner Qubits erlaubt.

Die Wissenschafter setzen dabei darauf, einzelne Qubits in bestimmte Schwingungsmuster zu versetzen. Sie nutzten dafür Kalziumionen, die sie mithilfe elektrischer Felder einfingen und mit Laserstrahlen stark abkühlten. Die Ionen schwingen dabei in den elektrischen Feldern wie Murmeln in einer Schüssel, heißt es in einer Aussendung der ETH.

"Wichtiger Schritt"

Ihre Oszillationen werden dabei von der Quantenmechanik als sogenannte Wellenfunktionen beschrieben. Den Forschern gelang es, die Schwingungszustände so zu manipulieren, dass diese Wellenfunktionen wie die Zähne eines Kamms aussehen. Messunsicherheiten verteilen sich dabei auf die einzelnen Zähne, sie werden damit kleiner, als es die Heisenbergsche Unschärferelation vorgibt. Diese exakteren Messungen erlauben, kleinste Änderungen der Wellenfunktion durch Störungen von außen sehr genau zu bestimmen und prinzipiell auch zu korrigieren.

"Unsere Realisierung dieser periodischen oder kammartigen Schwingungszustände des Ions stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer solchen eventuellen Fehlerbestimmung dar", so Christa Flühmann aus dem Team Homes. Diese und eine mögliche Fehlerkorrektur wollen die Forscher in einem nächsten Schritt angehen, um künftige Quantencomputer immun gegen Fehler zu machen.