Die zentralen Elemente eines neuartigen Quantencomputers sind magnetische Atome aus der Klasse der sogenannten
Auf dem Weg zu ersten QuantencomputernDabei geht es darum, sogenannte Quantenbits oder Qubits zu schaffen – Speicherbits, die im Gegensatz zu klassischen Bits nicht nur die Binärwerte Null und Eins, sondern auch jede beliebige Kombination annehmen können.
„Dadurch ist eine völlig neue Art der Rechen- und Datenverarbeitung möglich, die für bestimmte Anwendungen eine enorme Beschleunigung der Rechenleistung bedeutet.“
PSI-Forscher Manuel Grimm.
Physiker beschreiben, wie logisch Bits und grundlegend sindComputeroperationen mit ihnen lassen sich in einem magnetischen Festkörper umsetzen: Qubits werden auf einzelnen Atomen aus der Klasse der Seltenerdelemente lokalisiert, eingebaut in das Kristallgitter des Hauptmaterials.
Basierend auf den Gesetzen der Quantenphysik, Forscherberechnet, dass sich der Kernspin von Seltenerdatomen als Informationsträger, also von Qubits, eignen würde. Sie schlagen außerdem vor, dass gezielte Laserpulse Informationen sofort an die Elektronen eines Atoms übertragen und so Qubits aktivieren könnten, wodurch ihre Informationen für umgebende Atome sichtbar werden.
Zwei solche aktivierten Qubits interagierenmiteinander und können so "verwickelt" werden. Die Verschränkung ist eine spezielle Eigenschaft von Quantensystemen aus mehreren Teilchen oder Qubits, die für Quantencomputer wichtig ist: Das Ergebnis der Messung eines Qubits hängt direkt von den Ergebnissen der Messung anderer Qubits ab und umgekehrt.
Forscher zeigen, wie diese Qubits könnenverwendet werden, um Logikgatter zu erstellen, hauptsächlich Steuergatter mit einem "NICHT" -Wert (CNOT-Gatter). Logikgatter sind die Grundbausteine, mit denen klassische Computer auch Berechnungen durchführen. Wenn Sie eine ausreichende Anzahl solcher CNOT-Gatter sowie eine ausreichende Anzahl von Ein-Qubit-Gattern kombinieren, wird jede denkbare Rechenoperation möglich. Sie bilden somit das Rückgrat von Quantencomputern.
Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler vorgeschlagen habenVerwenden Sie Quantenlogik-Gatter. Diese Methode zum Aktivieren und Verwickeln von Qubits hat jedoch einen entscheidenden Vorteil gegenüber früheren vergleichbaren Vorschlägen: Sie ist mindestens zehnmal schneller.
Ein weiterer Vorteil ist nicht nurdie Geschwindigkeit, mit der ein auf diesem Konzept basierender Quantencomputer Berechnungen durchführen kann, und vor allem betrifft dies die Fehleranfälligkeit des Systems.
Qubits sind nicht sehr stabil.Wenn die Verschränkungsprozesse zu langsam sind, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass einige der Qubits in der Zwischenzeit ihre Informationen verlieren. Tatsächlich haben PSI-Forscher einen Weg gefunden, einen Quantencomputer nicht nur mindestens zehnmal schneller als vergleichbare Systeme zu bauen, sondern auch weniger fehleranfällig im selben Faktor.
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