For­scher von Aka­de­mie der Wis­sen­schaf­ten (ÖAW) und Uni­ver­si­tät Wien ent­wi­ckeln beschleu­nig­ten Weg für Berech­nun­gen in Quantencomputern. 

Die soge­nannte Super­po­si­tion ist eine fun­da­men­tale Eigen­schaft von Quan­ten­sys­te­men. Das berühm­teste Bei­spiel dafür ist die Katze von Erwin Schrö­din­ger, die in solch einer Super­po­si­tion der Zustände “leben­dig” und “tot” exis­tiert. Die Phy­sik weiß mitt­ler­weile, dass sol­che Über­la­ge­rungs­zu­stände in Quan­ten­sys­te­men nicht nur Eigen­schaf­ten wie die Pola­ri­sa­tion oder die räum­li­che Posi­tion betref­fen kön­nen, son­dern auch die zeit­li­che Abfolge von Inter­ak­tio­nen. Ob Ereig­nis A vor oder nach Ereig­nis B pas­siert, kann hier nicht bestimmt wer­den, weil das Sys­tem in einer Über­la­ge­rung bei­der mög­li­cher Abfol­gen existiert.
 
Turbo für bestimmte Berechnungen
Wird die­ses Prin­zip nun auf die Rei­hen­folge ein­zel­ner Rechen­schritte ange­wen­det, las­sen sich bestimmte Berech­nun­gen mit Quan­ten­com­pu­tern schnel­ler durch­füh­ren als mit einer klar defi­nier­ten Sequenz. “Diese Idee gibt es schon eine Weile, sie wurde für sehr ein­fa­che Sys­teme mit nur zwei Rechen­schrit­ten auch schon expe­ri­men­tell bestä­tigt”, sagt Čas­lav Bru­kner vom Wie­ner Insti­tut für Quan­ten­op­tik und Quan­ten­in­for­ma­tion der Öster­rei­chi­schen Aka­de­mie der Wis­sen­schaf­ten (ÖAW), der Pro­jekt und Publi­ka­tion mit Mar­tin J. Ren­ner von der Uni Wien erar­bei­tet hat. 

Prak­tisch nutz­bar war die­ser „Turbo“ für Quan­ten­com­pu­ter bis­her aber nicht. “Bis­he­rige Ansätze gin­gen davon aus, dass sich kom­ple­xere Berech­nun­gen nur mit Quan­ten­sys­te­men ver­wirk­li­chen las­sen, die keine gewöhn­li­chen Qbits son­dern tech­nisch nur schwer mani­pu­lier­bare, höher­di­men­sio­nale Infor­ma­ti­ons­trä­ger ver­wen­den. Unsere Arbeit zeigt, dass das nicht stimmt”, betont Brukner.

Vor­teil wächst mit Komplexität
Die Phy­si­ker ver­an­schau­lich­ten in ihrer neuen Publi­ka­tion, dass die in Quan­ten­com­pu­tern übli­chen Qbits, die zwei Dimen­sio­nen, bzw. mög­li­che Zustände haben, aus­rei­chen, um eine Über­la­ge­rung ver­schie­de­ner Rei­hen­fol­gen von Rechen­schrit­ten auch für kom­ple­xere Berech­nun­gen zu nut­zen. „Damit ist der Weg frei, um das Prin­zip mit Expe­ri­men­ten prak­tisch nutz­bar zu machen“ ergänzt Brukner.
 
Die For­scher konn­ten zudem den Geschwin­dig­keits­vor­teil bestim­men, wenn die Rei­hen­folge der Rechen­schritte unde­fi­niert bleibt. „Der Vor­teil ist für ein­fa­che Sys­teme rela­tiv klein, wächst aber mit der Zahl der Rechen­schritte und wird für kom­ple­xere Berech­nun­gen dadurch auch rele­vant”, sagt Mar­tin Ren­ner, Co-Autor von der Uni Wien. Nach Ansicht bei­der Quan­ten­phy­si­ker könne nun damit begon­nen wer­den, sol­che Sys­teme im Labor zu kon­stru­ie­ren und damit kon­krete Berech­nun­gen zu defi­nie­ren, die sich mit die­sem Ansatz beschleu­ni­gen lassen.