Quantenregister mit fünf Qubits
An der Universität Bonn entwickelten Physiker ein Register zur Speicherung von fünf Qubits aus fünf gekühlten Cäsium-Atomen in einer Laserfalle. Qubits in Quantencomputern sind die Äquivalente zu Bits bei herkömmlichen Rechnern.
Physiker des Instituts für angewandte Physik der Universität Bonn sind einen wichtigen Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer weitergekommen: Sie demonstrierten im Experiment ein Quantenregister aus fünf neutralen Atomen zur Speicherung von sogenannten Qubits.
Ein Register dient zur Speicherung der binären Information oder kurz Bits. In Anlehnung daran speichern Quantenregister Qubits (Quanten-Bits). Die Gesetze der Quantenmechanik erlauben dabei die gleichzeitige Überlagerungen mehrerer Zustände, so genannte Superpositionen. Wegen der dadurch inhärent parallelen Datenverarbeitung sollen die Quantencomputer Problemklassen lösen können, die auch mit fast beliebig gesteigerter Rechenleistung von herkömmlichen Computern nicht in den Griff zu bekommen sind.
Die Schwierigkeit besteht darin, die Qubit-Atome möglichst von der Außenwelt abzuschotten und ihre Zustände genau zu kontrollieren. Dazu müssen die Wissenschaftler die Atome in den Grundzustand versetzen, was eine starke Kühlung mit Lasern erfordert. Zwei weitere, gegenüberliegende Laser erzeugen dann eine stehende Welle und fixieren so die dopplergekühlten Cäsiumatome an ihrem Platz. Diese werden nun einem starken und ortsabhängigen Magnetfeld ausgesetzt und reagieren dadurch jeweils auf Mikrowellenstrahlung einer bestimmten Frequenz. Sie lassen sich damit gezielt in den gewünschten Zustand versetzten.
Als Nächstes wollen die Physiker nun mit passenden Quantengattern experimentieren. Sie sind der noch fehlende Baustein für rudimentäre Prototypen eines Quantencomputers, mit dem sich die in den Registern gespeicherten Informationen durch logische Operationen verknüpfen lassen. In zwei Jahren wollen die Forscher in Bonn erste Ergebnisse vorlegen, sollten nicht, wie auf diesem Feld schon üblich, unerwartete Hindernisse auftauchen. (mhe)
