Beschleunigung der Quantenberechnung mit Riesen-Atom-Ionen

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quantumgefangenen Rydberg-Ionen könnte der nächste Schritt zur Skalierung von Quantencomputern auf Größen sein, bei denen sie praktisch nutzbar sind, wie eine neue Studie in Nature zeigt.Zum Bau eines Quantencomputers können verschiedene physikalische Systeme verwendet werden.

Eingefangene Ionen, die einen Kristall bilden, sind seit Jahren führend auf dem Forschungsgebiet, aber wenn das System auf große Ionenkristalle hochskaliert wird, wird diese Methode sehr langsam.

Komplexe arithmetische Operationen können nicht schnell genug ausgeführt werden, bevor die gespeicherte Quanteninformation zerfällt.Eine Forschungsgruppe der Universität Stockholm könnte dieses Problem durch die Verwendung von riesigen Rydberg-Ionen gelöst haben, die 100 Millionen Mal größer sind als normale Atome oder Ionen.

Diese riesigen Ionen sind hoch interaktiv und können daher Quanteninformationen in weniger als einer Mikrosekunde austauschen.”In gewisser Weise bilden Rydberg-Ionen kleine Antennen für den Austausch von Quanteninformation und ermöglichen so die Realisierung besonders schneller Quantengatter, die die ‘Grundbausteine’ eines Quantencomputers sind”, erklärt Markus Hennrich, Fachbereich Physik der Universität Stockholm und Gruppenleiter des Teams der Universität Stockholm.

Die Wechselwirkung zwischen Rydberg-Ionen beruht nicht auf Kristallschwingungen, wie bei in Kristallform gefangenen Ionen, sondern auf dem Austausch von Photonen.

Die schnelle Wechselwirkung zwischen den Rydberg-Ionen kann genutzt werden, um Quantenverschränkung zu erzeugen”.”Wir haben diese Wechselwirkung genutzt, um eine Quanten-Computeroperation (ein Verschränkungsgatter) durchzuführen, die etwa 100 Mal schneller ist, als es in gefangenen Ionensystemen üblich ist”, erklärt Chi Zhang, Forscher am Physikalischen Institut der Universität Stockholm.

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Theoretische Berechnungen zur Unterstützung des Experiments wurden von Igor Lesanovsky und Weibin Li an der Universität Nottingham, Großbritannien, und der Universität Tübingen, Deutschland, durchgeführt.”Unsere theoretischen Arbeiten bestätigten, dass tatsächlich keine Verlangsamung zu erwarten ist, wenn die Ionenkristalle größer werden, was die Aussicht auf einen skalierbaren Quantencomputer unterstreicht”, sagt Igor Lesanovsky von der Universität Tübingen.

Quantum….

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