In der Welt der Quantenphysik sind exponentiell steigende Fortschritte zu verzeichnen. Ein internationales Team hat einen bedeutenden Durchbruch in der Erzeugung und Stabilisierung exotischer Quantenzustände erzielt. Diese Zustände sind für die Speicherung und Verarbeitung von Informationen in Quantencomputern ausschlaggebend, da sie sich grundlegend von klassischen Systemen unterscheiden. Laut tum.de erfordert die Erzeugung solcher Zustände jedoch oft ein periodisches „Schütteln“ der Quantensysteme.

Traditionelle Methoden zur Stabilisierung haben jedoch einen Nachteil: Sie führen häufig zu unerwünschter Energieaufnahme und Erwärmung, die die strukturelle Integrität der Systeme gefährdet. Dieses neue Forschungsprojekt hat nun eine Möglichkeit gefunden, das Aufheizen zu verhindern und gleichzeitig stabile, langlebige exotische Zustände zu entwickeln. Für ihre Studie wurden sorgfältig entworfene Muster von zufälligen Impulsen eingesetzt, die teilweise gegenläufig sind und so die negative Wirkung des Schüttelns verringern.

Neue Erkenntnisse und Methoden

Die erfolgten Messungen zeigen, dass das Team die Entwicklung des Systems über mehr als tausend Zyklen hinweg verfolgen konnte, indem es die Quantenverschränkung im Prozessor direkt beobachtete. Die Konstruktion der zufälligen Impulse könnte nicht nur zur Kontrolle komplexer Quantensysteme dienen, sondern auch neue Materiezustände eröffnen. Dieser Ansatz könnte sich als bahnbrechend in der Quantenkommunikation erweisen, wo verschnörkelte Zustände genutzt werden, um Informationen zu übertragen.

Die theoretischen Vorhersagen zu diesen exotischen Systemen stammen von Hongzheng Zhao, einem Professor an der Peking Universität, der zuvor an der TUM School of Natural Sciences forschte. Der experimentelle Nachweis wurde von einem Team unter der Leitung von Prof. Heng Fan an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften auf einem „Chuang-tzu 2.0“-Quantenchip mit 78 Qubits erbracht. An dieser bedeutenden Forschungsarbeit waren auch das Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme Dresden und das Imperial College London beteiligt.

Quantencomputer: Ein Überblick

Quantencomputer repräsentieren in der heutigen Zeit eine technologische Revolution mit einem enormen Potenzial in verschiedenen Bereichen wie Medizin, Logistik, Künstliche Intelligenz und Kryptographie. Die wichtigsten Komponenten dieser Computer sind die Quantenbits, oder Qubits, die die Fähigkeit besitzen, mehrere Zustände gleichzeitig einzunehmen. Dies geschieht durch die Phänomene der Überlagerung und Verschränkung, die in der klassischen Informatik nicht vorkommen. Ein Qubit kann, im Gegensatz zu einem klassischen Bit, gleichzeitig die Werte 0 und 1 annehmen.

Aber trotz der vielversprechenden Möglichkeiten stehen Entwickler vor Herausforderungen: Qubits sind enorm anfällig gegenüber externen Störungen, was zu Berechnungsfehlern führen kann. Der technische Aufwand für den Betrieb von Quantencomputern ist hoch, und verschiedene Architekturen und Standards erschweren die Kompatibilität. Gegenwärtig beschränken sich die meisten Anwendungen dieser Systeme meist auf theoretische Fragestellungen.

Aktuelle Entwicklungen zeigen, dass große Tech-Konzerne wie Google, IBM und Microsoft erheblich in die Forschung und Entwicklung von Quantencomputern investieren. Google hat 2019 „Quantenüberlegenheit“ erreicht, während IBM mit dem „IBM Quantum Network“ eine Plattform anbietet, die den Zugang zu Quantencomputern erleichtert.

Insgesamt könnte es noch mindestens ein jahrzehntelanger Entwicklungsprozess notwendig sein, bis Quantencomputer allgemein verfügbar sind. Experten sind sich jedoch einig, dass diese Technologien klassische Computer nicht ersetzen, sondern in spezifischen Anwendungen ergänzen werden, insbesondere wenn es um komplexe Aufgaben geht.