Forscher der UNSW haben es geschafft, ein berühmtes Quantengedankenexperiment zu materialisieren. Ihre Entdeckungen ebnen den Weg für robustere Quantenberechnungen mit bedeutenden Auswirkungen auf die Fehlerkorrektur, ein zentrales Hindernis bei der Entwicklung von Quantencomputern.
Die Quantenmechanik fasziniert seit über einem Jahrhundert. Das Gedankenexperiment der „Schrödinger-Katze“ veranschaulicht einen Zustand der Quantensuperposition, bei dem eine Katze gleichzeitig lebendig und tot ist, abhängig vom Zerfall eines radioaktiven Atoms.
Das Team von Professor Andrea Morello hat ein Antimon-Atom verwendet, das weitaus komplexer ist als Standard-Qubits, um dieses Experiment durchzuführen. Die in
Nature Physics veröffentlichte Forschung zeigt, wie Antimon mit seinen acht Spin-Richtungen eine neue Perspektive auf die Quantensuperposition bietet.
Xi Yu, Hauptautor der Studie, erklärt, dass Antimon eine Superposition in größerem Maßstab ermöglicht, vergleichbar mit einer Katze, die sieben Leben hat. Diese Robustheit gegenüber Fehlern ist entscheidend für die Quanteninformatik.
Das Antimon-Atom ist in einen Quantenchip aus Silizium integriert, eine vielversprechende Technologie für die Skalierbarkeit von Quantencomputern. Dieser Fortschritt ermöglicht eine bessere Erkennung und Korrektur von Fehlern, was für die Entwicklung dieser Technologie unerlässlich ist.
Professor Morello betont die Bedeutung dieser Entdeckung für die Quantenfehlerkorrektur, eine zentrale Herausforderung in der Quanteninformatik. Diese Forschung ist das Ergebnis einer internationalen Zusammenarbeit, die theoretische und experimentelle Expertise kombiniert.
Von links nach rechts: Benjamin Wilhelm, Xi Yu, Prof. Andrea Morello, Dr. Danielle Holmes.
Bildnachweis: UNSW Sydney
Diese Studie markiert einen bedeutenden Schritt hin zu zuverlässigen Quantencomputern, indem sie eine neue Methode zur Kodierung und zum Schutz von Quanteninformation vor Fehlern bietet.
Was ist Quantensuperposition?
Quantensuperposition ist ein grundlegendes Prinzip der Quantenmechanik, nach dem ein Teilchen in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren kann. Im Gegensatz zur klassischen Physik, bei der ein Objekt eine definierte Position und einen definierten Zustand hat, kann ein Teilchen in der Quantenmechanik in einem Superpositionszustand sein, wie zum Beispiel gleichzeitig „hier“ und „dort“.
Dieses Konzept wird durch das Gedankenexperiment der Schrödinger-Katze veranschaulicht, bei dem eine Katze gleichzeitig lebendig und tot ist, bis eine Beobachtung gemacht wird. Die Quantensuperposition ist entscheidend für das Verständnis quantenmechanischer Phänomene und bildet die Grundlage für Quantentechnologien wie Quantencomputer.
Im Kontext dieser Forschung ermöglicht die Verwendung eines Antimon-Atoms die Erzeugung einer Quantensuperposition in größerem und komplexerem Maßstab als bei traditionellen Qubits, was neue Wege für die Quanteninformatik eröffnet.
Wie funktioniert Quantenfehlerkorrektur?
Quantenfehlerkorrektur ist eine Reihe von Techniken, die darauf abzielen, Quanteninformation vor Fehlern zu schützen, die durch Dekohärenz und Quantenrauschen verursacht werden. Im Gegensatz zu klassischen Bits sind Qubits äußerst empfindlich gegenüber ihrer Umgebung, was zu Fehlern in Quantenberechnungen führen kann.
Die Quantenfehlerkorrektur basiert auf der redundanten Kodierung von Quanteninformation, wodurch Fehler erkannt und korrigiert werden können, ohne den Quantenzustand zu stören. Dies beinhaltet die Verwendung von Quantencodes, die Fehler erkennen können, indem sie spezifische Eigenschaften der Qubits messen, ohne sie direkt zu beobachten.
In dieser Forschung bietet die Verwendung eines Antimon-Atoms mit acht Spin-Richtungen eine größere Robustheit gegenüber Fehlern, da mehrere aufeinanderfolgende Fehler erforderlich sind, um die Quanteninformation zu beeinträchtigen. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Entwicklung zuverlässiger Quantensysteme dar.
Quelle: Nature Physics