Ein Quantensprung beim Quantencomputing

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Physiker der Akademie der Wissenschaften und Uni Wien realisieren mit Kollegen aus China und Japan erstmals einen Mechanismus zur Fehlerkorrektur in Quantencomputern.

(red/czaak) Quantencomputer sind überaus komplex und reagieren entsprechend empfindlich auf äußere Einflüsse. Das erschwert auch Berechnungen, weil sich immer Fehler einschleichen können, etwa wenn ein Quanten-Bit (Anm. Qubit) ungewollt seinen Zustand ändert.

In einem klassischen Computer entspräche das dem unerwünschten Schalten eines Bits. Dort können Fehler korrigiert werden, indem ein Bit mehrfach kopiert wird und die Mehrheit der Kopien den richtigen Wert behält. In der Quantenwelt ist das deutlich komplizierter, da sich Quanteninformation nicht kopieren lässt.

Fehlerkorrektur in optischen Quantencomputern
Ein Team rund um Anton Zeilinger von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien sowie um Jian-Wei Pan von der University of Science and Technology of China hat nun mittels Quantenteleportation eine neue Methode zur Fehlerkorrektur entwickelt.

“Wir haben gezeigt, dass sich Fehlerkorrektur in optischen Quantencomputern umsetzen lässt”, sagt Manuel Erhard vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW. „Der zugrundeliegende Ansatz ist erst ein Machbarkeitsnachweis aber flexibel genug, um in Zukunft tatsächlich Fehlerkorrektur von Quanteninformation in Quantencomputern und -Netzwerken zu erlauben.“

Teleportation als Schlüssel
Der Schlüssel dafür ist die Quantenteleportation. Im Experiment haben die Forscher drei Photonenpaaren in komplizierte Verschränkungszustände gebracht. Eines der sechs Photonen trägt die Information, die gegen Fehler gesichert werden soll. Drei weitere Photonen fungieren als System, das die Information erhält und die Entdeckung von Fehlern ermöglicht.

Die restlichen zwei Photonen werden für den eigentlichen Teleportationsprozess und die Kontrolle des Systems gebraucht. „Mit unserem Experiment konnten wir die Qualität der Qubits signifikant erhöhen“, sagt Chef-Quantenphysiker Anton Zeilinger. „Das ist ein wichtiger erster Schritt, um Quantencomputer robuster gegenüber Fehlern zu machen.“