Neue Methode vereinfacht Messung von Quantenverschränkungen

15. Februar 2018, 11:06
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Physiker fanden einen Weg, den Aufwand für den notwendigen Nachweis der Verschränkung deutlich zu reduzieren

Wien – Quantencomputer nutzen die quantenphysikalischen Phänomene der Superposition und Verschränkung, um schneller als konventionelle Computer zu rechnen. Um sicherzustellen, dass tatsächlich eine Verschränkung vorliegt, war bisher eine Vielzahl an Messungen notwendig. Wiener Physiker berichten nun im Fachjournal "npj Quantum Information" über eine Methode, die meist mit nur einer Messung auskommt.

Während die grundlegende Informationseinheit des Computers das Bit ist, das exakt zwei Zustände einnehmen kann (0 oder 1), arbeitet der Quantencomputer mit Qubits. Diese Quantensysteme gehorchen den Gesetzen der Quantenphysik und können daher nicht nur "0" und "1", sondern auch beide Zustände gleichzeitig annehmen. Die Physiker nennen dies Superposition.

Damit der Quantencomputer sein volles Potenzial ausschöpfen kann, müssen mehrere Qubits miteinander verschränkt werden. Bei diesem von Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichneten Phänomen bleiben zwei Quantensysteme über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Was immer man mit einem tut, beeinflusst augenblicklich auch den Zustand des anderen.

Das Problem dabei ist, dass derzeit eine Vielzahl von wiederholten Messungen notwendig ist, um zuverlässig nachzuweisen, dass die Qubits verschränkt sind. Je öfter diese Messung wiederholt wird, desto sicherer ist der Nachweis. Bei großen Quantensystemen mit zahlreichen Qubits bindet dies viel Zeit und Ressourcen oder wird unmöglich.

Gemeinsam mit Aleksandra Dimić von der Universität Belgrad hat Borivoje Dakic von der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) nun eine neuartige Nachweismethode entwickelt. Durch geschickte Wahl der Messung einzelner Qubits lassen sich die einzigartigen Fingerabdrücke nachweisen, die die Verschränkung im Messergebnis hinterlässt. So kann mit deutlich weniger Ressourcen und in vielen Fällen mit nur einem einzigen Messdurchgang Verschränkung in großen Systemen mit Sicherheit bestätigt werden.

Aleksandra Dimić erklärt das Phänomen mit einer Analogie: "Betrachten wir eine Maschine, die gleichzeitig zehn Münzen wirft. Wir haben die Maschine so konstruiert, dass sie korrelierte Münzen produziert. Nun wollen wir sicherstellen, dass die Maschine das erwartete Ergebnis liefert. Stellen wir uns einen einzigen Versuch vor, bei dem alle Münzen auf 'Zahl' landen. Dies ist ein klares Anzeichen für Korrelationen, da zehn nicht-korrelierte Münzen in nur 0,01 Prozent der Fälle gleichzeitig auf derselben Seite landen. Von einem solchen Vorfall können wir das Vorhandensein von Korrelationen mit mehr als 99,9-prozentiger Sicherheit bestätigen. Diese Situation ist sehr ähnlich zu durch Verschränkung bedingten Quantenkorrelationen". (APA, red, 15.2.2018)

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