Für zukünftige Quantencomputer geschriebene Programme dürfen dessen Speichereinheiten nur für kurze Zeitspannen ansprechen: Brasilianische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die quantenmechanische Kopplung einzelner Speichereinheiten durch das Auslesen urplötzlich und auf nicht korrigierbare Weise zusammenbrechen kann. Dem Experiment zufolge ist dies insbesondere dann der Fall, wenn sich die QBits in einem relativ hohen Energiezustand befinden.
Während ein gewöhnliches Bit nur zwei Zustände zur Codierung von Informationen speichern kann, lassen sich mit QBits beliebige lineare Überlagerungen der Zustände “Null” und “Eins” speichern. Durch quantenmechanische Koppelung mehrerer QBits steigt das Speichervermögen eines derartigen Quantenspeichers daher exponentiell an. Die Speicherbanken eines Quantencomputers könnten dabei zum Beispiel aus einzelnen Fremdatomen in einem Siliziumkristall aufgebaut sein, oder auch aus miteinander gekoppelten Photonen auf Busbahnen bestehen.
Luiz Davidovich und seine Kollegen aus Rio de Janeiro haben nun untersucht, auf welche Art und Weise die quantenmechanische Kopplung zweier QBits zusammenbrechen kann. In ihrem Experiment benutzten die Forscher dazu zwei Photonen, deren Drehimpulse miteinander quantenmechanisch gekoppelt waren. Die Photonen durchflogen in dem Experiment zwei verschiedene Flugbahnen, an deren Enden mithilfe zweier Interferenzfilter der Grad der Quantenverschränkung gemessen werden konnte.
Die Forscher stellten dann verschiedene dünne Folien in den Pfad der Photonen, um somit deren Drehimpulse zu verändern. Den Gesetzen der Quantenmechanik zufolge sollte somit die Kopplung zwischen den beiden Photonen verringert werden. In einem praktischen Quantencomputer könnte dieser langsame Verlust an quantenmechanischer Verschränkung durch Korrekturalgorithmen ausgeglichen werden, so die Forscher.
In ihrem Experiment fanden die Wissenschaftler allerdings heraus, dass für bestimmte Kombinationen der Ausgangsdrehimpulse der beiden Photonen deren Kopplung schlagartig zusammenbrach ? nämlich immer dann, wenn die Ausgangszustände eine hohe Energie aufwiesen. Dieser plötzliche Verlust einer quantenmechanischen Koppelung wurde schon vor einigen Jahren theoretisch vorhergesagt und nun von Davidovich erstmals experimentell nachgewiesen.
Die Forscher betonen, dass ihr Experiment der Herstellung von Quantencomputern nicht den Todesstoß versetzt. Allerdings muss wohl die Dauer von Operationen mit QBits beschränkt werden, um ein plötzliches Zusammenbrechen der Kopplungen zu vermeiden.
Luiz Davidovich (Bundesuniversität von Rio de Janeiro) et al.: Science, Bd. 316, S. 579 Stefan Maier
