Wiener Forscher vereinfachen Nachweis von Quantenverschränkung

Quantencomputer nutzen die quantenphysikalischen Phänomene der Superposition und Verschränkung, um schneller als konventionelle Computer zu rechnen. Um sicherzustellen, dass tatsächlich Verschränkung vorliegt, war bisher eine Vielzahl an Messungen notwendig. Wiener Physiker berichten nun im Fachjournal "npj Quantum Information" über eine Methode, die meist mit nur einer Messung auskommt.

Während die grundlegende Informationseinheit des Computers das Bit ist, das exakt zwei Zustände einnehmen kann (0 oder 1), arbeitet der Quantencomputer mit Qubits. Diese Quantensysteme - etwa Atome oder Photonen - gehorchen den Gesetzen der Quantenphysik und können daher nicht nur "0" und "1", sondern auch beide Zustände gleichzeitig annehmen. Die Physiker nennen dies Superposition.

Fingerabdrücke

Damit der Quantencomputer sein volles Potenzial ausschöpfen kann, müssen mehrere Qubits miteinander verschränkt werden. Bei diesem von Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichneten Phänomen bleiben zwei Quantensysteme über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Was immer man mit einem tut, beeinflusst augenblicklich auch den Zustand des anderen. Das Problem dabei ist, dass derzeit eine Vielzahl von wiederholten Messungen notwendig ist, um zuverlässig nachzuweisen, dass die Qubits verschränkt sind. Je öfter diese Messung wiederholt wird, desto sicherer ist der Nachweis. Bei großen Quantensystemen mit zahlreichen Qubits bindet dies viel Zeit und Ressourcen bzw. wird unmöglich.

Gemeinsam mit einer Kollegin der Universität Belgrad hat Borivoje Dakic von der Fakultät für Physik der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) eine neuartige Nachweismethode entwickelt. Durch geschickte Wahl der Messung einzelner Qubits lassen sich die einzigartigen Fingerabdrücke nachweisen, die die Verschränkung im Messergebnis hinterlässt. So kann mit deutlich weniger Ressourcen und in vielen Fällen mit nur einem einzigen Messdurchgang Verschränkung in großen Systemen mit Sicherheit bestätigt werden.