- Die Universität Oxford hat eine Rekordverschränkung von 10 Sekunden erreicht.
- Qubits können gleichzeitig mehrere Werte speichern und erhöhen die Rechenleistung.
- Verschränkung ermöglicht es Quantencomputern, komplexere Datenstrukturen zu verarbeiten.
- Die Verwendung unterschiedlicher Atomtypen ermöglicht es, optimale Eigenschaften zu nutzen und das Potenzial quantenbasierter Anwendungen zu steigern.
Wissenschaftler der Universität Oxford haben mit zwei verschiedenen Atomen – Strontium und Calcium – ein Quanten-Netzwerk entwickelt und eine Rekordverschränkung von bis zu 10 Sekunden erreicht. Dieser Erfolg ebnet den Weg für längere Verschränkungszeiten zwischen Atomen, was entscheidend für die Entwicklung verteilter Quantencomputernetzwerke ist. Eine der vielversprechendsten Entwicklungen in der Quantenphysik ist die Technologie des Quantencomputings. Quantencomputer verwenden Qubits, um Informationen zu speichern und zu verarbeiten. Im Gegensatz zu klassischen Bits, die nur die Werte 0 oder 1 speichern können, können Qubits gleichzeitig mehrere Werte zwischen 0 und 1 speichern und gleichzeitig für die Informationsverarbeitung genutzt werden.
Somit bieten Qubits exponentielles Wachstumspotenzial bei der Verarbeitung großer Datenmengen, was helfen könnte, Probleme zu lösen, die selbst die schnellsten Supercomputer von heute Jahrzehnte kosten würden. Quantencomputer werden daher als die nächste Grenze des Rechnens angesehen.
Die Bedeutung der Quantenverschränkung
Ein entscheidendes Element für skalierbare Quantenberechnungen ist die Quantenverschränkung. Warum ist die Verschränkung wichtig? Obwohl Qubits gleichzeitig mehrere Werte speichern können, liegt ihre wahre Nützlichkeit in der Verbindung mit mehreren anderen Qubits, was es ermöglicht, eine Vielzahl von Korrelationen gleichzeitig zu erkunden. Dies ist nur möglich, wenn ein Qubit mit einem anderen Qubit verschränkt ist, wobei der Zustand eines Qubits den Zustand des anderen bestimmt, selbst wenn sie möglicherweise nicht physisch verbunden sind. Die Verschränkung hilft auch beim Aufbau von Mehr-Qubit-Logikgattern, die es Qubits ermöglichen, dynamischer zu interagieren als Standard-Bits, die normalerweise unabhängiger sind.
Sie ermöglicht es Quantencomputern auch, komplexere Datenstrukturen in Berechnungen zu verarbeiten und einige der kniffligsten Probleme der Welt zu lösen. Am wichtigsten ist, dass die Verschränkung es ermöglicht, Informationen zwischen Quantenübertragungen und verschiedenen Quantenprozessoren auszutauschen, ohne tatsächlich Qubits zu teilen, was den Aufbau verteilter quantenbasierter Infrastrukturen fördert und somit zur Schaffung einer großflächigen Quantenberechnungskapazität beiträgt.
Die experimentelle Methode der Universität Oxford
Wie wird die Forschung der Universität Oxford zukünftige Quantenberechnungen unterstützen? In dem Experiment verwendeten die Forscher Strontium- und Calcium-Atome und platzierten sie an zwei verschiedenen Standorten. Während Licht die Strontium-Atome verband, nutzte das Forschungsteam lokale Operationen, um die Quantenverschränkung auf die Calcium-Atome auszudehnen und einen gemeinsamen quantenmechanischen Zustand zu schaffen, der alle vier Atome einbezog. Der Grund für die Verwendung von Calcium liegt darin, dass es weniger empfindlich gegenüber magnetischem Rauschen ist als Strontium und somit länger Quantenzustände speichern kann. Dougal Main, ein Forscher der Universität Oxford, erklärte in einer Pressemitteilung: „Verschiedene Atomtypen bieten unterschiedliche Vorteile und Nachteile für quantenbasierte Anwendungen.
Ein Quantencomputer mit mehreren Atomtypen ermöglicht es Ihnen, die besten Eigenschaften jedes Atomtyps zu nutzen.“
Die Forscher demonstrierten die Vorteile der Verwendung unterschiedlicher Atome, indem sie die Quantenverschränkung auf 10 Sekunden verlängerten, während die Verwendung derselben Atomkombination nur einige Millisekunden erreichte. Gabriel Araneda, ein Forscher der Universität Oxford, der an dieser Arbeit beteiligt war, erklärte in einer Pressemitteilung: „Dies könnte dazu beitragen, dass zukünftige Quanten-Netzwerke Aufgaben bewältigen können, die mehrere weit entfernte Atome erfordern, die denselben Quantenstatus teilen und aufrechterhalten.“ Dazu könnten Quantenberechnungen, empfindlichere Messungen über große Entfernungen und Vergleiche zwischen verschiedenen Atomuhren gehören.
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.
Das zukünftige Potenzial der Quantenberechnung
Die Forschung der Universität Oxford zeigt die Bedeutung der Quantenverschränkung in der Quantenberechnung, insbesondere ihre Anwendung in verteilten Quantencomputernetzwerken. Durch die Verwendung unterschiedlicher Atomtypen konnten die Forscher die Verschränkungszeiten verlängern, was für die zukünftige Entwicklung quantentechnologischer Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist. Die Eigenschaften von Qubits verleihen ihnen Vorteile bei der Verarbeitung komplexer Daten und ermöglichen die Lösung von Problemen, die mit herkömmlichen Berechnungen nur schwer zu bewältigen sind. Diese Fortschritte tragen nicht nur zur Praktikabilität der Quantenberechnung bei, sondern könnten auch die Entwicklung quantenbasierter Kommunikation und Messtechnik vorantreiben und somit das Anwendungsfeld der Quantenwissenschaft erweitern.