Deutsche haben in zwei verschiedenen Labors ein Quantenlogik-Gatter zwischen zwei Qubits geschaffen

Deutsche Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik haben eine logische Gatteroperation mit zwei Qubits durchgeführt, die sich in zwei verschiedenen Labors befinden. Ihre Errungenschaft ist ein sehr wichtiger Schritt in Richtung der verteilten Quantenverarbeitung. Es könnte den Aufbau von modularen Computersystemen ermöglichen, die aus Geräten bestehen, die an verschiedenen Orten stehen, aber wie ein großer Computer funktionieren.Das Hinzufügen eines weiteren Qubits zu einem Quantencomputer ist keine einfache Aufgabe. Qubits müssen logische Operationen ausführen können und gleichzeitig von äußeren Einflüssen (Rauschen), die ihren Quantenzustand zerstören können, isoliert sein.
Eine sehr wichtige Quelle des Rauschens in Quantensystemen ist die Interferenz zwischen den Qubits selbst. Wenn wir z.B. ein System aus 4 Qubits haben und wir wollen Berechnungen mit Beteiligung von nur 2 von ihnen durchführen, besteht immer noch die Gefahr der Wechselwirkung zwischen Qubits, die nicht an den Berechnungen teilnehmen.

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Je mehr Qubits sich im System befinden, desto größer ist das Rauschproblem. Eine Möglichkeit, mit diesem Problem umzugehen, besteht darin, die Qubits auf verschiedene Geräte zu verteilen.Dies erfordert jedoch die Integration der von diesen Geräten ausgeführten logischen Operationen. Wenn wir nur auf einem solchen Modul Berechnungen durchführen und die Ergebnisse an ein anderes Modul zur Verarbeitung schicken, erhöhen wir die verfügbare Rechenleistung immer noch nicht, sagt Severin Daiss vom Institut für Quantenoptik.

Deshalb stößt das Konzept der Teleportation über Quantengatter bei Wissenschaftlern auf großes Interesse.Das ist die Idee, nach der die Ausgangsdaten eines Quantenlogik-Gatters von den Eingangsdaten eines Gatters an einem anderen Ort abhängen.Daiss und seine Kollegen, die unter der Leitung von Professor Gerhard Rempe arbeiten, haben eine deutlich vereinfachte Technik demonstriert,die auf der Wechselwirkung eines Photons mit Modulen in zwei verschiedenen Labors ein Quantenlogik-Gatter zwischen zwei Qubits geschaffen. Ihre Errungenschaft ist ein sehr wichtiger Schritt in Richtung der verteilten Quantenverarbeitung. Es könnte den Aufbau von modularen Computersystemen ermöglichen, die aus Geräten bestehen, die an verschiedenen Orten stehen, aber wie ein großer Computer funktionieren.Das Hinzufügen eines weiteren Qubits zu einem Quantencomputer ist keine einfache Aufgabe. Qubits müssen logische Oprs beruht. In jedem dieser Labore schufen die Forscher einen optischen Hohlraum, der ein Rubidiumatom enthielt. Die Geräte waren durch eine 60 Meter lange optische Faser verbunden. Um ein logisches Gatter zu etablieren, schickten die Wissenschaftler ein Photon, das als "fliegende Elle" fungierte, zwischen die beiden Hohlräume. Es bewegte sich zwischen ihnen, was zu einer Verschränkung seiner Polarisation mit dem Energiezustand der Rubidiumatome führte. So entstand ein CNOT-Gatter, dessen Zustand durch Messung des Zustands des Photons ausgelesen werden kann.

Ronald Hanson von der Technischen Universität Delft glaubt, dass die Arbeit der Deutschen ein wichtiger Schritt nach vorne ist. Sie ließen ein Photon von der einen Seite abprallen, zur anderen Seite reisen und eine Messung durchführen. Vom Konzept her ist es sehr einfach, und sie haben gezeigt, dass es funktioniert. Die Details des Experiments sind in Science beschrieben.