ETH-Team macht Quantenoperationen mit neutralen Atomen robuster

(CONNECT) ETH-Forschende haben ein Quanten-Vertauschungs- oder Swap-Gatter für Qubits aus neutralen Atomen mit extrem hoher Güte geschaffen, und zwar ausschliesslich mithilfe einer geometrischen Phase. Durch diese geometrische Phase verändert sich der Zustand der Teilchen je nach Weg, den sie durchlaufen, und nicht durch Störungen von aussen. Dadurch ist das System sehr robust gegenüber experimentellem Rauschen, erklärt die ETH in einem Bericht.

Zudem erlaubt das Einfangen mit Laserlicht die einfache Realisierung von mehreren Tausend Qubits in einem einzigen System. Mit Supraleitern oder Ionen, auf die viele Forschungsinstitute und Firmen in den vergangenen Jahren setzten, ist das den Angaben zufolge deutlich schwieriger.

So konnte das Team unter der Leitung von Tilman Esslinger, Professor am Institut für Quantenelektronik, zeigen, dass sein Swap-Gatter in weniger als einer Millisekunde mit einer Genauigkeit von 99,91 Prozent die Zustände der beiden Qubits vertauscht – und zwar gleichzeitig für 17'000 Qubit-Paare. Das, so die ETH, ebne den Weg für zukünftige Fortschritte bei Quantencomputern mit neutralen Atomen. Die Ergebnisse wurden soeben im Fachjournal „Nature“ veröffentlicht.

„Wir können jetzt sehr viele Swap-Gatter mit neutralen Atomen herstellen“, so Tilman Esslinger, „aber natürlich brauchen wir noch ein paar andere Zutaten, um einen funktionierenden Quantencomputer zu bauen.“ Einer der nächsten Schritte sei die Verknüpfung der Swap-Gatter mit einem Quantengas-Mikroskop. Dies werde es erlauben, einzelne Qubit-Paare sichtbar zu machen und gezielt zu manipulieren. Damit könnten dann Swap-Gatter nur auf bestimmten Qubits ausgeführt werden.

Ausserdem haben die Forschenden bereits gezeigt, dass sie unter Hinzunahme von Kollisionen zwischen den Atomen auch halbe Swap-Gatter realisieren können. Diese führen dazu, dass die Qubits quantenmechanisch miteinander verschränkt werden, was Voraussetzung für die Ausführung von Quantenalgorithmen ist. ce/mm