Neuer Durchbruch -
Innsbrucks Quantenphysiker entwickeln Baustein für den Quantencomputer
Ein großer Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer gelang jetzt den Experimentalphysikern der Universität Innsbruck, die zeigen konnten, dass sich einzelne gespeicherte Atome sehr gut als Träger von Quantenbits eignen. Sie haben damit ein bereits 1995 von Innsbrucker Physikern vorgeschlagenes Modell für einen Quantencomputer erstmals experimentell realisiert. Die Bedeutung dieses Erfolges kommt dem Bau des ersten Siliziumtransistors für die herkömmliche Computertechnologie gleich.
Tief im Inneren jedes Computers sind sämtliche Informationen in Form von Bits (0 oder 1) gespeichert. Elektronische Bauteile arbeiten, je nach Programm und den Eingaben der Benutzer, um einzelne Bits miteinander logisch zu verknüpfen. Quantencomputer verarbeiten sogenannte Quanten-Bits, die in 0 und 1 und jeder Überlagerung von 0 und 1 vorliegen können. Mit solchen Computern könnten manche Probleme sehr viel effizienter gelöst werden. Jetzt haben die Wissenschaftler um Univ.-Prof. Rainer Blatt, Univ.-Prof. Ferdinand Schmidt-Kaler und Dr. Hartmut Häffner gezeigt, dass sich einzelne gespeicherte Atome sehr gut als Träger von Quantenbits eignen. Sie folgten dabei einem theoretischen Vorschlag, den Univ.-Prof. Peter Zoller und Univ.-Prof. Ignacio Cirac bereits 1995 gemacht hatten. Damit rückt die Realisierung eines zukünftigen Quantencomputers einen großen Schritt näher. Die renommierte Fachzeitschrift "Nature" berichtet darüber in ihrer aktuellen Ausgabe.
Um die Atome mit Hilfe von elektrischen Feldern praktisch völlig störungsfrei im Vakuum halten zu können, werden sie ionisiert, sodass sie elektrisch geladen sind. Für alle Rechenoperationen verwenden die Forscher der Experimentalphysik in Innsbruck hochpräzise Laser-Lichtpulse, mit deren Hilfe die Atome an- und ausgeschaltet werden können. Das besondere Interesse fesseln allerdings Zustände der Atome, bei denen diese nicht wirklich 0 oder 1, sondern gewissermaßen beide Zustände des Bits gleichzeitig speichern. Noch unwirklicher erscheinen uns Zustände zweier Quantenbits, bei denen wir zwar über jedes einzelne Bit nicht wissen, ob es den Status 0 oder 1 hat, dafür aber sicher sind, dass beide Quantenbits dieselbe Information tragen. Der österreichische Nobelpreisträger Erwin Schrödinger hatte schon vor 75 Jahren hierfür den Begriff der Verschränkung geprägt. Durch die erfolgreiche Arbeit der Innsbrucker Physiker ist jetzt der Weg frei, diesen Zustand der Natur, der vielleicht am meisten mit unserem täglichen Verständnis kollidiert, genau zu untersuchen.
Innsbruck hat sich in den letzten Jahren zu einem der international angesehenen Zentren für Quantenoptik, Quanteninformation und kalte Atome entwickelt, und die Forschungserfolge der letzten Monate haben diese Rolle eindrücklich bestätigt. Die Umsetzung des Deutsch-Josza-Quantenalgorithmus' gelang der Gruppe um Univ.-Prof. Rainer Blatt erst Ende letzten Jahres. Die Gruppe um Univ.-Prof. Rudolf Grimm und Dr. Hanns Nägerl, ebenfalls am Institut für Experimentalphysik, haben als erste weltweit ein Gas aus Cäsiumatomen bis zum Übergang zum Bose-Einstein-Kondensat abgekühlt.
Fotos der Arbeitsgruppe sowie Grafiken zum Experiment finden Sie unter folgender Internetadresse: https://www.uibk.ac.at/public-relations/download/
Weitere Informationen:
Prof. Ferdinand Schmidt-Kaler, Prof. Rainer Blatt
Institut für Experimentalphysik
Universität Innsbruck
Technikerstraße 23
6020 Innsbruck
Tel: ++43 (0)512 507-6398
Fax: ++43 (0)512 507-2952
Email: ferdinand.schmidt-kaler@uibk.ac.at, rainer.blatt@uibk.ac.at
Web: http://heart-c704.uibk.ac.at