Drei supraleitende Qubits miteinander verschränkt

Forschern ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer und zur Fehlerkorrektur in solchen Systemen gelungen

Verschränkte Qubits
Verschränkte Qubits

New Haven (USA)/Santa Barbara (USA) - Unabhängig voneinander ist es gleich zwei Forscherteams erstmals gelungen, drei Qubits - die Informationseinheiten in der Quanteninformationstechnik - in einem Quantenschaltkreis miteinander zu verschränken. Bei der sogenannten Verschränkung, einem Phänomen, für das es in der Alltagswelt keine Analogie gibt, sind die Zustände räumlich getrennter Systeme untrennbar miteinander verknüpft. Die Verschränkung von Qubits in einem Quantenschaltkreis sei ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Quantencomputern, so die Wissenschaftler, die im Fachblatt "Nature" über ihre Experimente berichten.

Anwendungen in den zukunftsträchtigen Bereichen Quantenkommunikation und Quantencomputing basieren grundlegend auf der Fähigkeit zur Herstellung und Messung verschränkter Zustände. Mit verschränkten Zuständen von zwei Qubits in supraleitenden Versuchsanordnungen konnten zuvor bereits Quantenalgorithmen implementiert werden. Andererseits gelang die Verschränkung von bis zu zehn Qubits bei Photonen, Ionen und nuklearen Spins. Doch bislang waren Forscher daran gescheitert, mehr als zwei Qubits in einem technischen System zu verschränken.

John Martinis von der University of California in Santa Barbara und seinem Team gelang es nun, drei Qubits aus Supraleitern in einem Schaltkreis zu verschränken. Mit einem etwas anderen Verfahren konnten auch Leonardo DiCarlo von der Yale University und seine Kollegen einen verschränkten Zustand bei drei supraleitenden Qubits erzeugen. Die Forscher der Yale University gingen sogar noch einen Schritt weiter: Mithilfe eines so genannten Wiederholungscodes übertrugen DiCarlo und seine Kollegen den Zustand eines weiteren Qubits auf die drei Qubits des verschränkten Systems. Damit konnten die Forscher den ersten Schritt einer Fehlerkorrektur in einem Quanteninformations-System realisieren. Fehler können beispielsweise durch kosmische Strahlungspartikel in ein solches System induziert werden, die eine 0 in eine 1 umwandeln oder umgekehrt. Die Wiederholung der Information in einem verschränkten System aus Qubits erlaubt es, solche Fehler abzufangen.