© Bild: Universität Innsbruck, Ionenfalle der Uni Innsbruck

Quantengatter mit drei Qubits erstellt

GRUNDLAGENFORSCHUNG
29.01.2009

Forscher des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck haben ein Quantengatter gebaut, das erstmals das Rechnen mit drei Quanten-Bits (Qubits) erlaubt. Die Erstellung des Toffoli-Gatters ist ein weiterer Schritt hin zur Entwicklung leistungsstarker Quantencomputer.

Die Arbeitsgruppe Quantenoptik und Spektroskopie um Rainer Blatt hat in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" einen Artikel publiziert, in dem sie die Erstellung eines Rechengatters aus drei Quanten-Recheneinheiten beschreibt. Diese Rechengatter erfüllen in Quantencomputern dieselbe Funktion wie logische Gatter in herkömmlichen Digitalrechnern.

Bisher haben die Wissenschaftler ihre Experimente in Sachen Quanten-Computing mit einem oder zwei Qubits durchgeführt. Das habe zwar dazu ausgereicht, zahlreiche Algorithmen auf den Quantensystemen laufen zu lassen, allerdings sei man bei komplexeren Berechnungen an die Grenzen der bisherigen Anlagen gestoßen.

Gefangene Kalzium-Ionen

Die Innsbrucker Physiker erstellten das Rechengatter nicht wie in anderen Experimenten üblich mit Lichtquanten, sondern mit drei Kalzium-Ionen, die in einer Ionenfalle gefangen wurden. Mit ihnen erstellten sie ein Toffoli-Gatter, in dem das eigentliche Rechen-Qubit nur dann geschaltet wird, wenn die beiden Kontroll-Qubits den Wert "1" annehmen.

Laut dem am Experiment beteiligten Physiker Thomas Monz ist das Innsbrucker Toffoli-Gatter dreimal so schnell wie bisherige Schaltoperationen und weist auch eine geringere Fehlerquote auf. Das Gatter soll nun in Quantenfehlerkorrekturverfahren und in der quantenmechanischen Primfaktorzerlegung Anwendung finden. Die Forscher bezeichnen es als "wesentlichen Grundbaustein für einen zukünftigen Quantencomputer".

Quantencomputer haben in der Theorie gegenüber herkömmlichen Rechnern den Vorteil, dass sie parallele Rechenoperationen schneller abarbeiten können. Auch in Verschlüsselungssystemen kommen Quantenkomponenten in der Schlüsselerzeugung zum Einsatz.

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