Neue Methode zur Beschleunigung von Quantenmessungen entwickelt

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – In der Welt der Quantencomputing-Technologie gibt es immer wieder neue Herausforderungen zu bewältigen. Eine der weniger bekannten, aber entscheidenden Herausforderungen ist die Geschwindigkeit und Genauigkeit von Quantenmessungen.

Wissenschaftler haben eine innovative Methode entwickelt, um Quantenmessungen zu beschleunigen, indem sie einen Raum-Zeit-Kompromiss nutzen. Diese Entwicklung könnte für Anwendungen im Quantencomputing von großem Nutzen sein. Die Studie, die in den Physical Review Letters veröffentlicht wurde, schlägt vor, zusätzliche oder Hilfs-Qubits zu verwenden, um die Messzeit erheblich zu verkürzen und gleichzeitig die Qualität der Messungen zu erhalten oder zu verbessern.

Das Quantencomputing steht vor mehreren Herausforderungen, darunter Fehlerquoten, Qubit-Stabilität und die Skalierbarkeit über einige wenige Qubits hinaus. Eine der weniger bekannten Herausforderungen ist jedoch die Treue und Geschwindigkeit von Quantenmessungen. Die Forscher der Studie, darunter Christopher Corlett, Professor Noah Linden und Dr. Paul Skrzypczyk von der University of Bristol, haben sich dieser Herausforderung angenommen.

Die Messung im Quantenmechanik-Prozess ist eine der faszinierendsten und wichtigsten Eigenschaften. Sie ist auch für zukünftige Quantentechnologien von entscheidender Bedeutung. Dr. Skrzypczyk betont, dass schnelle und genaue Quantenmessungen für die Entwicklung aufstrebender Quantentechnologien unerlässlich sind. Jüngste bahnbrechende Ergebnisse in der Quantenfehlerkorrektur zeigen die Notwendigkeit schneller und genauer Messungen, um die Fehlerdekodierung zu erleichtern, ohne die eine Fehlertoleranz unmöglich wäre.

Die Forscher erklären, dass es unendlich viele Messungen gibt, die an einem Qubit durchgeführt werden können. Eine besonders wichtige ist die Untersuchung, ob es sich in einem der beiden natürlichen Zustände 0 oder 1 befindet. Um diese Messung genau durchzuführen, ist es normalerweise erforderlich, das Qubit über einen längeren Zeitraum zu untersuchen. Diese längeren Messungen führen in der Regel zu höherer Genauigkeit, verursachen jedoch erhebliche Überkopfkosten und Verzögerungen, was insbesondere bei Messungen in der Mitte des Schaltkreises, die für die Quantenfehlerkorrektur erforderlich sind, problematisch ist.

Die Forscher nutzten ein Hilfs-Qubit, um die Menge an Informationen zu verstärken, die die Messung über den Qubit-Zustand in einer festen Zeitspanne sammeln kann. Dies ist vergleichbar mit der Verdoppelung des Volumens jedes Glases; ein Unterschied von 20 ml wäre leichter zu beobachten als ein Unterschied von 10 ml. Wenn dieser Prozess fortgesetzt wird und die Informationsmenge kontinuierlich zunimmt, verkürzt sich die Zeit, die zur Beantwortung benötigt wird.

Die Forscher untersuchten ihr Schema zunächst unter idealen Bedingungen ohne Rauschen und dann mit realistischen Rauschmodellen. Sie stellten fest, dass der ideale Fall eine perfekt lineare Beschleunigung mit der Anzahl der Qubits zeigte. Die Rauschmodelle zeigten ebenfalls eine signifikante Beschleunigung und manchmal sogar eine bessere als lineare Verbesserung. Die Forscher zeigten, dass ihr Ansatz eine höhere maximale Messqualität erreichen kann als bisher möglich.

Die Forscher sind gespannt auf die experimentelle Umsetzung ihres Schemas und arbeiten daran, es für spezifische Systeme wie supraleitende Qubits weiterzuentwickeln.

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