Forscher brechen Weltrekord für Innovation im Quantencomputing

Ein Team von Forschern an der University of Texas at San Antonio (UTSA) hat einen Weltrekord für Innovation im Quantencomputing aufgestellt. R. Tyler Sutherland, Assistant Professor im Department of Physics and Astronomy der College of Sciences und im Department of Electrical Engineering der College of Engineering and Integrated Design, entwickelte eine neue Theorie für das rekordbrechende Experiment.

Sutherland hat Erfahrung in Quantenoptik und erhielt seinen Ph.D. an der Purdue University. Anschließend ging er an das Lawrence Livermore National Laboratory für seine Postdoc-Zeit, und seine Arbeit umfasste experimentelle Anwendungen für Quantencomputer.

Der Weltrekord

Das Team stellte den Weltrekord für das genaueste Entangling-Gate auf, das jemals ohne Laser demonstriert wurde. Ein Entangling-Gate erzeugt eine Operation auf dem zweiten von zwei Qubits, die von dem Zustand des ersten Qubits abhängt.

Der Artikel, der die neue Leistung im Quantencomputing beschreibt, wurde in der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature veröffentlicht. Er trägt den Titel „High-fidelity laser-free universal control of trapped-ion qubits“.

“Zum Beispiel, wenn der Zustand des Qubits A 0 ist, tut ein Entangling-Gate nichts mit Qubit B, aber wenn der Zustand des Qubits A 1 ist, dann flippt das Gate den Zustand des Qubits B von 0 zu 1 oder von 1 zu 0”, sagte er. “Der Name kommt von der Tatsache, dass dies eine quantenmechanische Eigenschaft namens ‘Verschränkung’ zwischen den Qubits erzeugen kann.”

„Laser-freie“ Entangling-Gates

Laut Sutherland werden Quantencomputer einfacher zu bedienen und kostengünstiger, wenn die Entangling-Gates „laser-frei“ gemacht werden. Im Vergleich zu den Zehntausenden von Dollar, die ein Laser kostet, ist der Preis eines integrierten Schaltkreises viel niedriger, und er führt die gleichen Aktionen aus.

“Laser-freie Gate-Methoden haben nicht die Nachteile von Photon-Scattering, Energie, Kosten und Kalibrierung, die normalerweise mit der Verwendung von Lasern verbunden sind”, sagte Sutherland. “Diese alternative Gate-Methode entspricht der Genauigkeit von Lasern, indem sie stattdessen Mikrowellen verwendet, die weniger teuer und einfacher zu kalibrieren sind.”

Von den vielen revolutionären und vielversprechenden Anwendungen von Quantencomputern ist eine der größten ihre Fähigkeit, quantenmechanische Prozesse selbst zu simulieren. Dies könnte beispielsweise chemische Reaktionen umfassen, und es könnte den experimentellen Trial-and-Error-Prozess, der benötigt wird, um bestimmte Probleme zu lösen, exponentiell reduzieren. Quantencomputer können einige der komplexesten Probleme der Informatik lösen, und sie können dies viel schneller als klassische Supercomputer.

“Im Großen und Ganzen ist das Ziel meiner Forschung, die menschliche Kontrolle über die Quantenmechanik zu erhöhen”, sagte Sutherland. “Wenn man den Menschen Macht über einen anderen Teil der Natur gibt, gibt man ihnen ein neues Werkzeug. Was sie letztendlich damit bauen werden, ist ungewiss.”