An Uni Innsbruck

Computer für effizientere Quantenrechnungen

Im Innsbrucker Quantencomputer wird Information in einzelnen gefangenen Kalziumatomen gespeichert

(Bild: Uni Innsbruck/Harald Ritsch)

Seit Jahrzehnten lernen wir, dass Computer, vom Handy bis zum Rechenzentrum, mit null und eins rechnen. An der Universität Innsbruck hat nun ein Team von Experimentalphysikern einen Quantencomputer realisiert, der diese Einschränkung hinter sich lässt und den Weg ebnet für deutlich effizientere Quantenrechnungen.

Information mit null und eins zu speichern, ist zwar nicht die effizienteste Art zu rechnen, aber die einfachste, und einfach heißt auch oft verlässlich und wenig fehleranfällig. So ist die binäre Informationsverarbeitung heutzutage der unumstrittene Standard. In der Quantenwelt sieht das anders aus, da es kaum Systeme mit nur zwei Zuständen gibt.

„Im Innsbrucker Quantencomputer wird Information beispielsweise in einzelnen gefangenen Kalziumatomen gespeichert, die jeweils acht Zustände haben, von denen bisher aber nur zwei zum Rechnen verwendet wurden“, erklärt Thomas Monz. Ähnliches gilt für fast alle existierenden Quantencomputer weltweit.

Volles Potenzial der Atome ausgenutzt
Wie die Innsbrucker Physiker nun gezeigt haben, ist es möglich einen Quantencomputer so zu konstruieren, dass das volle Potenzial der Atome ausgenutzt werden kann, indem alle vorhandenen Zustände als sogenannte Qudits (quantum digits) zum Rechnen verwendet werden. Dieses neue Rechenmodell ist optimal auf die Quantenhardware abgestimmt, und die Forscher konnten zeigen, dass der neue Quantencomputer genauso verlässlich arbeitet, wie einer mit nur Null und Eins.

Ähnlich sieht es mit Anwendungen aus. Denn viele der Aufgaben, die Quantencomputer brauchen, wie in der Physik, Chemie, oder den Materialwissenschaften, sind auf natürliche Weise für Qudits formuliert.

Der Erstautor der Studie, Martin Ringbauer

(Bild: Uni Innsbruck)

„Natürlicher für viele Anwendungen“
Versucht man diese für übliche Quantencomputer umzuschreiben, werden sie oft zu kompliziert für heutige Maschinen. „Mit mehr als Null und Eins zu rechnen, ist nicht nur optimal für die Quantencomputer, sondern auch deutlich natürlicher für viele Anwendungen“, sagt Experimentalphysiker Martin Ringbauer. „Dieser Ansatz ermöglicht uns, das volle Potenzial unserer Quantencomputer auszuschöpfen.“