Quantendurchbruch: Geräuschfreie Quantencomputer in Reichweite

JOHANNESBURG / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Eine bedeutende Weiterentwicklung in der Quantencomputing-Technologie könnte das Problem des ‘Rauschens’, das bisher die Berechnungen störte, bald der Vergangenheit angehören lassen.

Die Welt der Quantencomputer steht vor einem potenziellen Paradigmenwechsel. Wissenschaftler haben eine Methode entdeckt, um Quanteninformationen vor dem allgegenwärtigen ‘Rauschen’ zu schützen, das bisher die praktische Nutzung dieser Technologie erheblich einschränkte. Quantencomputer basieren auf der Quantenverschränkung, einer Verbindung zwischen den quantenmechanischen Eigenschaften zweier Teilchen, die über Zeit und Raum hinweg geteilt werden. Diese Verschränkung ermöglicht es Quantencomputern, Informationen parallel zu verarbeiten und somit schneller zu rechnen als herkömmliche Computer.

Allerdings ist die Aufrechterhaltung dieser ‘Kohärenz’ eine Herausforderung, da äußere Einflüsse wie lose Partikel, Lichtstrahlen und selbst minimale Temperaturänderungen die Verschränkung stören und die Informationen zerstreuen können. Dies führt zu einer höheren Fehlerrate in Qubits im Vergleich zu den konventionellen Bits der klassischen Computer. Laut Branchenexperten sind von den oft angepriesenen 1.000 Qubits vieler Unternehmen nur wenige tatsächlich nutzbar, da das Rauschen ein großes Problem darstellt.

Nun haben Physiker eine Möglichkeit gefunden, Informationen in der Topologie zweier verschränkter Photonen zu kodieren, um diese selbst in einem ‘Rauschsturm’ zu bewahren. Diese Entdeckung wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Durch die Nutzung topologischer Qubits, die Informationen in der Form von zwei verschränkten Teilchen speichern, konnten die Forscher zeigen, dass die Informationen selbst bei starkem Rauschen erhalten bleiben.

Ein entscheidender Bestandteil dieser Forschung ist die Verwendung von optischen Skyrmionen, quasipartikelartige Wellenfelder, die zwischen zwei verschränkten Photonen entstehen. Die Forscher stellten fest, dass die in diesen Skyrmionen kodierten Muster und Informationen weit über den Punkt hinaus widerstandsfähig blieben, an dem nicht-topologische Systeme dekohärent würden. Solange eine gewisse Verschränkung erhalten bleibt, bleibt auch die Topologie intakt.

Diese neue Herangehensweise könnte eine Schlüsselrolle dabei spielen, Quantencomputer und Netzwerke zu entwickeln, die in jeder Umgebung rauschresistent sind. Der nächste Schritt der Forscher besteht darin, ein ‘topologisches Toolkit’ zu entwickeln, das praktische Informationen in einem Skyrmion kodieren und wieder extrahieren kann. Dies könnte den Weg für den Einsatz von Topologie in praktischen Anwendungen wie Kommunikationsnetzwerken und der Datenverarbeitung ebnen.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung auf die Industrie könnten erheblich sein. Unternehmen, die in der Quantencomputing-Branche tätig sind, könnten von dieser Technologie profitieren, indem sie robustere und effizientere Systeme entwickeln. Dies könnte auch die Tür für neue Anwendungen in Bereichen wie Kryptographie, Materialwissenschaften und komplexen Simulationen öffnen, die bisher aufgrund von Rauschproblemen unpraktisch waren.

Insgesamt zeigt diese Entwicklung, dass die Quantencomputing-Technologie auf dem besten Weg ist, ihre bisherigen Einschränkungen zu überwinden und eine breitere Anwendung zu finden. Die Forscher sind optimistisch, dass ihre Arbeit nicht nur die theoretischen Grundlagen des Quantencomputings stärkt, sondern auch praktische Lösungen für die Herausforderungen bietet, die bisher die breite Einführung dieser Technologie behindert haben.

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