Quantensysteme mit Selbstkorrektur
Dissipation lässt sich auch zur Quanten-Fehler-Korrektur nutzen.
Mit Quantentechnologien lassen sich Rechen- und Messaufgaben lösen, die über das hinausgehen, was klassische Techniken leisten können. Allerdings ist es eine schwierige und knifflige Aufgabe, Quantenzustände vor dem Einfluss von Fehlern zu schützen. Ein internationales Forscherteam aus Innsbruck, Harvard, Kopenhagen und Waterloo hat nun eine neue Methode vorgestellt, mit der Quanteninformation in gefangenen Ionen geschützt werden kann.
Abb.: Dissipation kann vor Spin-Flip-Fehlern schützen. (Bild: F. Reiter et al.)
In Ionenfallen gespeicherten Teilchen gelten als zukunftsträchtige Technologie für den Bau eines Quantencomputers. In ihrem neuen Vorschlag verwenden die Forscher Dissipation, d.h. die Wechselwirkung eines Quantensystems mit seiner Umgebung, um Quantenzustände zu korrigieren. Dissipation wird normalerweise möglichst vermieden, kann aber auch ausgenutzt werden.
Standardmäßige Quantenfehlerkorrekturen werden durch die Anwendung einer Sequenz von Gattern in einem logischen Quantenschaltkreis durchgeführt. Dabei sind Messungen mit klassischen Messgeräten notwendig. Das nun vorgestellte neue dissipative Schema kommt ohne logischen Schaltkreis aus und erfordert auch keine Messungen.
„Der gesamte Prozess der Fehlerkorrektur erfolgt autonom auf mikroskopischer Ebene, so dass Quantensysteme sich selbst korrigieren können“, erklärt Ko-
Der neue Ansatz hat wichtige praktische Anwendungen bei hochpräzisen Messungen. „Wir zeigen in der Arbeit, wie der neue dissipative Korrekturmechanismus genutzt werden kann, um die Genauigkeit bei der Erfassung schwacher Magnetfelder zu erhöhen“, erzählt Christine Muschik. Diese Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten zur Verbesserung hochpräziser Messverfahren mit gefangenen Ionen und stellen einen Meilenstein auf dem Weg zu einer selbstkorrigierenden Quanteninformationsverarbeitung dar.
U. Innsbruck / DE
