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Fehlerfreie Quantenbits

Quantencomputer gelten als ultraschnelle Rechner der Zukunft. Bis zur ihrer tatsächlichen Realisierung müssen jedoch noch verschiedene Hindernisse überwunden werden. Eine der größten Hürden ist die Anfälligkeit der Quantenbits für Fehler. Deshalb ist eine sogenannte Quantenfehlerkorrektur nötig. Barbara Terhal hat mit Kollegen aus Aachen und Sheffield aktuelle Theorien zur Quantenfehlerkorrektur zusammengetragen.

Quantencomputer gelten als ultraschnelle Rechner der Zukunft. Während herkömmliche Computer mit Bits rechnen, die nur die beiden Werte „0“ oder „1“ annehmen können, arbeitet ein Quantencomputer mit Quantenbits, oder Qubits. Diese können beliebig viele Zwischenzustände annehmen, die sich durch einzigartige Quanteneigenschaften wie Verschränkung und Interferenz auszeichnen.

Bis zur tatsächlichen Realisierung dieses Konzepts müssen jedoch noch verschiedene Hindernisse überwunden werden. Eine der größten Hürden ist die Anfälligkeit der Qubits für Fehler. Deshalb ist eine sogenannte Quantenfehlerkorrektur nötig: konkrete Techniken, mit deren Hilfe man aus fehleranfälligen Qubits fehlerfreie bauen kann. „Allerdings sind solche Konzepte oft nur für eine bestimmte Art von Qubits anwendbar, und ihre experimentelle Umsetzung befindet sich zurzeit noch in einem sehr frühen Stadium“, erklärt die Physikerin Prof. Barbara Terhal von der Jülich Aachen Research Alliance. „Die Quantenfehlerkorrektur ist jedoch für eine funktionierende Quantencomputerarchitektur unerlässlich. Forscher müssen deshalb verstehen, was für Möglichkeiten es auf diesem Gebiet gibt, und wie sie sich etwa hinsichtlich ihrer Komplexität voneinander unterscheiden.“

Barbara Terhal hat deshalb zusammen mit Kollegen aus Aachen und Sheffield aktuelle Theorien zur Quantenfehlerkorrektur zusammengetragen, die weitgehend unabhängig von der benutzten Technologieplattform (wie supraleitende Qubits, Spin-Qubits, Ionenfallen-Qubits) sind. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature.

Tetrahedische FarbcodesEine der Theorien zur Quantenfehlerkorrektur: Tetrahedische Farbcodes Dissecting a tetrahedral color code: https://www.youtube.com/watch?v=erkeCxQ0-g4

Weitere Informationen:

Die Geistesgipfelstürmerin (Portrait Barbara Terhal auf der Webseite der Helmholtz-Gemeinschaft)

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