Quantencomputer

Abstract

Quantencomputer revolutionieren unser Verständnis von Information und Informationsverarbeitung. Klassisch wird Information als 0 und 1 in den Computer geschrieben und manipuliert. Quantenmechanisch bieten sich hingegen unendlich viele Möglichkeiten zwischen 0 und 1 um Information in superposition (sprichwörtlich in beiden Zuständen gleichzeitig) zu kodieren. Auch die Rechenregeln unterscheiden sich deutlich von denen der klassischen Physik, was eine Fülle neuer Anwendungen ermöglicht, welche von klassischen Computern keinesfalls in realistischer Zeit zu behandeln wären.

Die Universität Innsbruck ist eine der führenden Institutionen in diesem Bereich mit Quantencomputern auf der Basis von einzelnen gespeicherten Calcium-Ionen. Zwei Energiezustände dieser Ionen verkörpern dabei die 0 und 1 Zustände des Computers, welche mit Lasern manipuliert werden können. Andere Ansätze in Österreich inkludieren Photonen und supraleitende Schaltkreise. Die aktuelle Forschung in Innsbruck untersucht einerseits was mit aktuellen Quantencomputern bereits geleistet werden kann, und andererseits wie solche Computer von derzeit etwa 20 auf viele 100 Quantenbits skaliert werden können.

Besonders wichtig für die Skalierung dieser Systeme ist Quanten-Fehlerkorrektur, da Quantensysteme sind extrem sensibel und inherent Fehleranfällig sind. Um dieser Fehleranfälligkeit entgegenzuwirken wird die Information eines Quantenbits in mehrere Ionen kodiert werden, so dass Fehler während der Rechnung detektiert und korrigiert werden können. All das muss passieren ohne die Ionen direkt zu messen, was die Quanteninformation sofort zerstören würde.