Verschränkt oder nicht?
Schnelle Bestimmung der Verschränktheit vieler Quantenbits mit neuem Verfahren.
Das ultimative Ziel der Quanteninformationsforschung ist es, einen Quantencomputer zu entwickeln – ein vollständig kontrollierbares Gerät, das Quantenzustände subatomarer Teilchen nutzt, um Information zu speichern. So wie bei anderen Quantentechnologien basiert die elektronische Datenverarbeitung mit einem Quantencomputer auf der Quantenverschränkung. Eine der größten Herausforderungen ist es, sicherzustellen, dass ein voll funktionsfähiger Quantencomputer wie gewünscht arbeitet. Insbesondere müssen Wissenschaftler zeigen, dass eine große Anzahl von Qubits verlässlich verschränkt ist. Herkömmliche Methoden erfordern eine Vielzahl von wiederholten Messungen für einen zuverlässigen Nachweis der Qubits. Bei großen Quantensystemen benötigt man daher viel Zeit und viele Ressourcen, was in der Praxis kompliziert oder sogar unmöglich ist.
Abb.: Verschränkte Qubits werden zu einem Messgerät geschickt, welches eine Folge von Nullen und Einsern ausgibt. (Bild: J. Palomino)
Nun haben Forscher der Universität Belgrad, der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften eine neuartige Nachweismethode entwickelt, welche deutlich weniger Ressourcen und in vielen Fällen nur einen einzigen Messdurchgang erfordert, um Verschränkung in großen Systemen mit großer Sicherheit zu bestätigen.
Aleksandra Dimi, Autorin der Studie, erklärt das Phänomen mit einer Analogie: „Betrachten wir eine Maschine, die gleichzeitig zehn Münzen wirft. Wir haben die Maschine so konstruiert, dass sie korrelierte Münzen produziert. Nun wollen wir sicherstellen, dass die Maschine das erwartete Ergebnis liefert. Stellen wir uns einen einzigen Versuch vor, bei dem alle Münzen auf ‚Zahl' landen. Dies ist ein klares Anzeichen für Korrelationen, da zehn nicht-
Ko-Autor Borivoje Daki erläutert es so: „Im Gegensatz zu klassischen Münzen können Qubits auf viele Arten gemessen werden. Das Messergebnis ist immer noch eine Reihe von Einsern und Nullen, aber ihre Struktur hängt stark davon ab, wie wir die Messung individueller Qubits wählen. Wenn wir den Versuch geschickt aussuchen, hinterlässt die Verschränkung einzigartige Fingerabdrücke im gemessenen Muster". Die von den Forschern entwickelte Methode verspricht eine spürbare Reduktion in Zeit- und Ressourcenaufwand für einen verlässlichen Maßstab bei künftigen Quantengeräten.
U. Wien / DE
