Neuer Quantencomputer entschlüsselt mehr Rechenleistung

Computer sind bekannt dafür, mit binärer Information, also Nullen und Einsen, zu arbeiten, was dazu geführt hat, dass Computer einen großen Teil der heutigen Welt antreiben. Aktuelle Quantencomputer sind ebenfalls so konzipiert, dass sie binäre Informationen verarbeiten.

Martin Ringbauer ist ein experimenteller Physiker aus Innsbruck, Österreich.

“Die Bausteine von Quantencomputern sind jedoch mehr als nur Nullen und Einsen”, sagt Ringbauer. “Die Einschränkung auf binäre Systeme verhindert, dass diese Geräte ihr volles Potenzial ausschöpfen.”

Berechnungen mit Quanten-Ziffern

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Thomas Monz am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck hat es geschafft, einen neuen Typ von Quantencomputer zu entwickeln, der willkürliche Berechnungen mit Quanten-Ziffern, oder Qudits, durchführen kann. Dieser neue Ansatz resultiert in mehr Rechenleistung mit weniger Quantenteilchen.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht.

Trotz der Tatsache, dass die Methode der Speicherung von Informationen in Nullen und Einsen nicht sehr effizient ist, ist sie viel einfacher als andere Methoden. Sie ist auch zuverlässig und robust gegenüber Fehlern, was sie zu einem Standard für klassische Computer über einen langen Zeitraum gemacht hat.

Einzigartigkeit des Quantencomputings

Jedoch beginnen die Dinge sich zu ändern, wenn man über Quantencomputing spricht. Der Innsbrucker Quantencomputer speichert Informationen in einzelnen gefangenen Calcium-Atomen, wobei jedes der Atome von Natur aus acht verschiedene Zustände hat. Nur zwei dieser Zustände werden zur Speicherung von Informationen verwendet. Fast alle existierenden Quantencomputer haben Zugang zu einer größeren Anzahl von Quantenzuständen, als sie tatsächlich für die Berechnung verwenden.

Das Team der Physiker hat einen Quantencomputer entwickelt, der das volle Potenzial der Atome nutzen kann, indem er Qudits für die Berechnung verwendet. Im Gegensatz zur klassischen Methode hat die neue Methode, die mehr Zustände verwendet, keine negativen Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit des Computers.

“Quantensysteme haben von Natur aus mehr als nur zwei Zustände und wir haben gezeigt, dass wir sie alle gleich gut kontrollieren können”, sagt Thomas Monz.

Aufgaben, die Quantencomputer erfordern, wie Probleme in der Physik, Materialwissenschaft oder Chemie, werden natürlicherweise in der Qudit-Sprache ausgedrückt. Wenn sie für Qubits umgeschrieben werden, können sie oft zu kompliziert für die heutigen existierenden Quantencomputer werden.

“Mit mehr als Nullen und Einsen zu arbeiten ist sehr natürlich, nicht nur für den Quantencomputer, sondern auch für seine Anwendungen, was uns ermöglicht, das volle Potenzial von Quantensystemen zu entschlüsseln”, sagt Martin Ringbauer.