Bell-Zertifizierung für Quantencomputer
Bell-Test-inspiriertes Protokoll benötigt keine zusätzlichen Komponenten.
Ein vom Schweizerischen Nationalfond (SNF) unterstütztes Forschungsteam hat ein Protokoll entwickelt, das sicherstellt, dass die Komponenten von Quantencomputern korrekt funktionieren. Diese Etappe ist zentral, wenn sich die Hoffnungen erfüllen sollen, die in diese Technologie gesetzt werden – insbesondere eine bisher unerreichte Rechenleistung.
Abb.: Zusätzlich zu den Elementen eines klassischen Computers (gelb) lassen sich nun auch alle Komponenten eines Quantencomputers (rot und blau) zertifizieren. (Bild: N. Sangouard, U. Basel)
Teams, die Quantencomputer entwickeln, sind nicht mehr nur an Hochschulen zu finden, sondern auch bei Google, IBM, Microsoft oder etwa im Startup D-Wave. „Und die Forschung macht immer schneller Fortschritte", freut sich Nicolas Sangouard, SNF-
Der Forscher konnte mit seinem Team vor Kurzem zeigen, wie gewährleistet werden kann, dass diese Maschinen korrekt funktionieren. Denn sie sind zwar sehr leistungsfähig, aber auch sehr empfindlich – einige arbeiten bei Temperaturen von 270 Grad unter null. Der Ansatz dieses Forschungsteams ermöglicht es, alle Komponenten eines Quantencomputers zu zertifizieren, von den Kurz- und Langzeitspeichern über die Konverter, die zur Verbindung des Computers mit einem gesicherten Netzwerk für Quantenkommunikation erforderlich sind, bis zu den Prozessoren, welche die Informationen umwandeln. Das Protokoll bietet noch einen weiteren Vorteil: Es verwendet ausschließlich Komponenten, die bereits in der Maschine vorhanden sind und benötigt somit keine zusätzlichen Geräte. Im Prinzip ist es in jeder Art von Quantencomputer anwendbar, unabhängig von der zugrunde liegenden Technologie.
„Gerade die außerordentliche Leistung der Quantenrechner macht es schwierig, sie zu zertifizieren", erklärt Nicolas Sangouard. „Selbst die schnellsten Standardcomputer sind zu langsam, um die von solchen Maschinen durchgeführten Berechnungen zu kontrollieren." Ein weiterer Punkt: Diese Rechner sollten schließlich in der Lage sein, in einem spezifischen Netzwerk für Quantenkommunikation sicher miteinander zu kommunizieren. „Deshalb ist es wichtig, sicherzustellen, dass es kein schwaches Glied in der Kette gibt", bemerkt der Physiker.
Aus diesem Grund hat das Forscherteam eine vollständig quantenmechanische Zertifizierungsmethode entwickelt, bei der die Komponenten der Maschine selber verwendet werden. „Inspiriert haben uns Bell-
„Den Anstoß zum Projekt gab das Seminar eines Wissenschaftlers, der an der Universität Basel eingeladen war", fährt Nicolas Sangouard fort. „Thema war eine spezifische Frage der Quantenphysik. Das Seminar hat uns aber dazu inspiriert, diese Frage so weiterzudenken, dass daraus ein für Quantencomputer nützliches Verfahren entstanden ist. Das ist für mich das beste Beispiel, dass Konferenzen nicht nur passives Lernen bieten, sondern auch großartige Gelegenheiten, selber innovativ zu werden."
SNF / DE