24.04.2023

Qudits statt nur Qubits

Neuer Ansatz für noch effizientere Quantencomputer.

Quantencomputer rechnen nicht mehr nur mit Null und Eins wie ihr klassisches Gegenstück, sondern unterstützen flexible höher­dimensionale Informations­kodierung. Physiker der Universität Innsbruck haben nun eine neue Methode demonstriert, um solche hoch­dimensionalen Informations­träger effizient und mit hoher Güte zu verschränken. Die Quantensysteme, in denen die Information gespeichert wird, unterstützen aber nicht nur Quantenbits (Qubits), sondern auch Quanten­digits (Qudits), wie ein Team um Martin Ringbauer vom Institut für Experimental­physik der Universität Innsbruck kürzlich gezeigt hat.

Abb.: Mit diesem Experiment wurde ein neuer Weg gefunden, um hochdimen­sionale...
Abb.: Mit diesem Experiment wurde ein neuer Weg gefunden, um hochdimen­sionale Quantensysteme zu verschränken. (Bild: M. van Mourik, U. Innsbruck)

„Die Herausforderung bei Qudit-basierten Quanten­computern ist die effiziente Erzeugung von Verschränkung zwischen den hochdimen­sionalen Systemen“ erklärt Pavel Hrmo von der ETH Zürich. Das Team um Martin Ringbauer berichtet nun über eine neue Methode, hochdimensionale Qudits in einem Quanten­computer zu verschränken und ebnet damit den Weg für noch effizientere Quantencomputer. 

Von zentraler Bedeutung für die überragende Rechenleistung von Quanten­computern ist Verschränkung. Um dieses Potential auszunutzen, ist es wichtig, Verschränkung hochdimen­sionaler Systeme auf effiziente und robuste Weise zu erzeugen. Die Forscher haben mit ihrer Methode zwei Qudits mit jeweils bis zu fünf Zuständen maximal verschränkt. Diese Methode gibt sowohl theoretischen, als auch Experimental­physikern ein neues Werkzeug zur Hand, um die Entwicklung nichtbinärer Quanten­computer zu beschleunigen.

Martin Ringbauer erklärt: „Quantensysteme, wie etwa gespeicherte Ionen, haben viel mehr als nur zwei Zustände, die zur Informations­verarbeitung verwendet werden können.“ Viele der anspruchsvollsten Probleme der heutigen Zeit, in so unterschiedlichen Bereichen wie Chemie, Physik oder Optimierung, können von dieser natür­licheren Sprache des Quantencomputers profitieren.

U. Innsbruck / JOL

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