Die Realisierung von Quantencomputern scheitert bisher unter anderem daran, dass sie die gespeicherten Informationen zu schnell “vergessen”. Lorenza Viola vom Los Alamos National Laboratory und seine Kollegen haben jetzt experimentell nachgewiesen, dass man die Informationen mit Hilfe von Symmetrien vor dem Zerfall schützen kann. Sie beschreiben ihr Experiment im Fachmagazin Science.
Die erhoffte milliardenfache Leistungssteigerung von Quantencomputern gegenüber herkömmlichen Computern will man durch die Kopplung der Wellenfunktionen verschiedener Spinzustände erreichen. Das Problem dabei: Die geringste Wechselwirkung eines solchen gekoppelten Zustandes mit seiner Umgebung führt zum Verlust der Kopplung und damit zum Verlust der gespeicherten Information. In Festkörpern geschieht dies etwa alle paar Milliardstel Sekunden.
Viola und seine Kollegen gingen nun von folgender Überlegung aus: Wenn die Wechselwirkung zwischen dem quantenmechanischen System und seiner Umgebung Symmetrien aufweist, dann müsste es im mathematischen Zustandsraum, der das System beschreibt, geschützte Untersysteme geben, denen die Wechselwirkung nichts anhaben kann.
Den Forschern gelang nun die Realisierung eines solchen “geschützten Untersystems” in Molekülen der Aminosäure Alanin, die unter anderem drei Kohlenstoffatome enthält. Eine Symmetrie entsteht hier, weil für die Umgebung die drei Spins der eng benachbarten Kohlenstoffatome nicht unterscheidbar sind. Die Physiker manipulierten die Moleküle mit Hilfe von magnetischer Kernresonanz.
“Auch wenn die erreichte Güte noch nicht ideal ist, so haben wir doch gezeigt, dass störungsfreie Untersysteme mit der gegenwärtigen Quanteninformations-Technologie realisiert werden können”, schreiben die Forscher in ihrem Bericht. Sie glauben, dass ihr Symmetriekonzept auch beim Bau von Quantencomputern mit Hilfe der Quantenpunkt-Technologie funktioniert.
Axel Tillemans
