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Ausgebremste Quantenaktionen

Spezieller Effekt bringt Quantencomputer quasi zum Stillstand

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Äußere Störungen frieren Quantenrechnungen irgendwann ein

Doch ein Quantencomputer kann nur erfolgreich rechnen, wenn seine Qubits nicht zu sehr gestört werden, merken die Forscher an. Davor schützen deshalb Abschirmungen gegen elektromagnetische Strahlung und eine Kühlung bis nahe an den absoluten Nullpunkt (von minus 273,15 Grad Celsius). Nur dann könnten Qubits alle möglichen Zustände zwischen Null und Eins einnehmen – die sogenannte Superposition. Auch ihre quantenphysikalische Kopplung – die bekannte Verschränkung – reagiert empfindlich auf äußere Störungen. Erst das Zusammenspiel von Superposition und Verschränkung ermöglicht aber die extrem schnelle Lösung komplexer Aufgaben. Leider kann man Umgebungseinflüsse nie ganz eliminieren. Und je mehr Qubits gekoppelt sind, umso empfindlicher wird das alles. Irgendwann schlägt der Quantum-Zeno-Effekt zu, wobei winzigste Störungen zum Absturz führen. Das sei wie eine unerwünschte Messung, die die Entwicklung des Systems aufhalte oder sogar ganz einfrieren könne. Das sei wie mit einem Kuchen, der im Ofen ungestört aufgehen muss, um zum Erfolg zu kommen. Wenn nicht, fällt er in sich zusammen!

Die Spin-Echo-Methode könnte das Problem entschärfen

Dem Quantum-Zeno-Effekt sind Entwickler von Quantencomputern zum Glück jedoch nicht ganz hilflos ausgeliefert, wie man weiter erfährt. Denn außer einer möglichst wirksamen Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung und Wärme – im Kuchenbild entspräche das einem Vorhängeschloss am Ofen – schlagen die Forscher auch aktive Schutzmaßnahmen vor: Mit der sogenannten Spin-Echo-Methode ließe sich die Kopplung der Qubits an ihre Umgebung etwa durch kohärente Pulse verringern. Im Kuchenvergleich entspräche das einem Ofen, der jede Öffnung der Ofentür durch kurzfristiges, schnelles Aufheizen ausgleicht. Die nun erfolgte Studie zeige, dass sich leistungsfähige Quantencomputer nur entwickeln ließen, wenn der Einfluss der Umgebung von Anfang an mitgedacht werde.

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