Weniger Fehler

Heimische Forscher verbessern Quantencomputer

(Bild: Universität Innsbruck/Harald Ritsch)

Einen wesentlichen Baustein für den zukünftigen Quantencomputer haben Physiker der Universität Innsbruck um Philipp Schindler und Rainer Blatt als weltweit erste demonstriert: eine wiederholbare Fehlerkorrektur. Damit können die im Quantencomputer auftretenden Fehler schnell und elegant rückgängig gemacht werden. Die Wissenschaftler berichten darüber in der Fachzeitschrift "Science".

Wie jeder konventionelle Rechner ist auch der Quantencomputer vor Fehlern nicht gefeit. "Werden Daten abgespeichert oder übertragen, können Störungen die Informationen verfälschen oder löschen", so die Wissenschafter in einer Aussendung. Bei herkömmlichen Computern werden solche Fehler durch mehrfache Verarbeitung und Vergleiche korrigiert. Bei Quantencomputer sind derartige Manipulationen problematisch, da die Informationsträger - Quantenbits (oder Qubits) anstatt Bits - bei jeder Störung ihre Funktion einbüßen.

Auch eine Betrachtung zum Zwecke eines Vergleichs wäre eine solche Störung. "Die Schwierigkeit besteht darin, dass Quanteninformation grundsätzlich nicht kopiert werden kann", erklärte Schindler. "Wir können die Information also nicht mehrfach abspeichern und dann vergleichen."

Mysteriöses Phänomen hilft
Um dennoch eine Fehlerdetektion und -korrektur zu ermöglichen, setzten die Physiker einmal mehr auf das mysteriös scheinende Phänomen der Verschränkung. Dabei werden Quanten wie über einen unsichtbaren Faden verbunden. Betrachtet man eines der verschränkten Teilchen, kennt man auch den Zustand der anderen, ohne diese analysieren zu müssen.

Die Wissenschafter sperrten in ihrem Experiment drei Kalziumionen in eine Ionenfalle. "Alle drei Teilchen werden als Quantenbit verwendet, wobei ein Ion als Informationsträger, die anderen beiden als Hilfsqubits dienen", präzisierten die Forscher. Dann verschränkten sie zunächst das erste Qubit mit den beiden Hilfsbits und übertrugen so die Quanteninformation auf alle drei Teilchen.

Ein Quantenalgorithmus, also ein Rechenablauf, stellt dann fest, ob es einen Fehler gibt. Wenn ja, wird dieser sogar selbsttätig korrigiert. Nach der Korrektur werden die Hilfsbits durch optisches Pumpen mit Hilfe eines Laserstrahls wieder zurückgesetzt. "Dies ist das eigentlich neue Element in unserem Experiment, das die wiederholte Fehlerkorrektur erst möglich macht", so Blatt.