Wenn sich der Quantencomputer selbst löscht
Moderne Computer-Prozessoren besitzen bis zu 1,4 Milliarden Transistoren. Doch sie auszulesen beeinflusst ihre Zustände.
Der Trend in der Computerbranche nach immer kleineren und schnelleren Bauteilen wird bald an fundamentale Grenzen stoßen. Eine Alternative könnte der Quantencomputer bieten, in dem zum Beispiel der quantenmechanische Zustand eines einzelnen Elektrons den klassischen Transistor ersetzen würde. Solche Quantenzustände sind jedoch besonders anfällig für Back-Action – also Rückkopplungs-Effekte. Es stellt sich deshalb die Frage, wie realistisch der Quantencomputer ist.
Der LMU-Physiker Stefan Ludwig und seine Kollegen haben gemeinsam mit zwei kanadischen Forscherteams Back-Action-Effekte auf der Quantenebene experimentell nachgewiesen und theoretisch modelliert. Dabei gelang es ihnen zum einen, den Einfluss dieser Rückkopplung auf ein einzelnes Elektron direkt sichtbar zu machen. Zum anderen entdeckten sie einen Weg, um mithilfe von grundlegenden Quanteneffekten diese unerwünschten Prozesse zu minimieren.
Um das Wechselspiel zwischen Detektor und Transistor im Detail zu untersuchen, benutzten die Wissenschaftler ein spezielles Exemplar, in dem sich ein einzelnes Elektron zwischen zwei Quantentöpfen bewegen kann. Der Detektor misst, in welchem Topf sich das Elektron gerade befindet. Nun kommt Back-Action ins Spiel: Ganz generell beeinflusst jeder Detektionsprozess den Zustand des Elektrons und dadurch das Messergebnis. In dem untersuchten Fall basiert dieses Wechselspiel auf einer Kombination von Ladungsschwankungen und Schallwellen.
„Unsere wichtigste Entdeckung ist, dass sich Back-Action Effekte durch Quanteninterferenz auslöschen können“, erklärt Ludwig, der der Nanosystems Initiative Munich (NIM) angehört. „Interessanterweise verursacht der Back-Action Prozess selbst diese Quanteninterferenzen, die unter bestimmten Bedingungen zu seiner eigenen Auslöschung führen können. Diese Auslöschung kann man im Experiment gezielt herbeiführen und damit Back-Action minimieren. Aus unserer Sicht ist diese Entdeckung ein Meilenstein auf dem Weg, Quantenphysik für die Computer der Zukunft zu nutzen.“
NIM / OD
