Phy­si­ker der Aka­de­mie der Wis­sen­schaf­ten und Uni Wien rea­li­sie­ren mit Kol­le­gen aus China und Japan erst­mals einen Mecha­nis­mus zur Feh­ler­kor­rek­tur in Quantencomputern.

Quan­ten­com­pu­ter sind über­aus kom­plex und reagie­ren ent­spre­chend emp­find­lich auf äußere Ein­flüsse. Das erschwert auch Berech­nun­gen, weil sich immer Feh­ler ein­schlei­chen kön­nen, etwa wenn ein Quan­ten-Bit (Anm. Qubit) unge­wollt sei­nen Zustand ändert. 

In einem klas­si­schen Com­pu­ter ent­sprä­che das dem uner­wünsch­ten Schal­ten eines Bits. Dort kön­nen Feh­ler kor­ri­giert wer­den, indem ein Bit mehr­fach kopiert wird und die Mehr­heit der Kopien den rich­ti­gen Wert behält. In der Quan­ten­welt ist das deut­lich kom­pli­zier­ter, da sich Quan­ten­in­for­ma­tion nicht kopie­ren lässt.

Feh­ler­kor­rek­tur in opti­schen Quantencomputern
Ein Team rund um Anton Zei­lin­ger von der Öster­rei­chi­schen Aka­de­mie der Wis­sen­schaf­ten (ÖAW) und der Uni­ver­si­tät Wien sowie um Jian-Wei Pan von der Uni­ver­sity of Sci­ence and Tech­no­logy of China hat nun mit­tels Quan­ten­te­le­por­ta­tion eine neue Methode zur Feh­ler­kor­rek­tur entwickelt. 

“Wir haben gezeigt, dass sich Feh­ler­kor­rek­tur in opti­schen Quan­ten­com­pu­tern umset­zen lässt”, sagt Manuel Erhard vom Insti­tut für Quan­ten­op­tik und Quan­ten­in­for­ma­tion der ÖAW. „Der zugrun­de­lie­gende Ansatz ist erst ein Mach­bar­keits­nach­weis aber fle­xi­bel genug, um in Zukunft tat­säch­lich Feh­ler­kor­rek­tur von Quan­ten­in­for­ma­tion in Quan­ten­com­pu­tern und ‑Netz­wer­ken zu erlauben.“

Tele­por­ta­tion als Schlüssel
Der Schlüs­sel dafür ist die Quan­ten­te­le­por­ta­tion. Im Expe­ri­ment haben die For­scher drei Pho­to­nen­paa­ren in kom­pli­zierte Ver­schrän­kungs­zu­stände gebracht. Eines der sechs Pho­to­nen trägt die Infor­ma­tion, die gegen Feh­ler gesi­chert wer­den soll. Drei wei­tere Pho­to­nen fun­gie­ren als Sys­tem, das die Infor­ma­tion erhält und die Ent­de­ckung von Feh­lern ermöglicht. 

Die rest­li­chen zwei Pho­to­nen wer­den für den eigent­li­chen Tele­por­ta­ti­ons­pro­zess und die Kon­trolle des Sys­tems gebraucht. „Mit unse­rem Expe­ri­ment konn­ten wir die Qua­li­tät der Qubits signi­fi­kant erhö­hen“, sagt Chef-Quan­ten­phy­si­ker Anton Zei­lin­ger. „Das ist ein wich­ti­ger ers­ter Schritt, um Quan­ten­com­pu­ter robus­ter gegen­über Feh­lern zu machen.“