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Thema der Woche|Quantencomputer www markttechnik de Nr 25 2021 22 likation »Kaum hat man angefangen den einen Spin zu drehen rotiert der andere schon mit Auf diese Weise kann man nie untersuchen was passiert wenn man die beiden Spins in entgegengesetzte Richtungen bringt « Also griffen die Forscher zu einem unkonventionellen Ansatz Sie kehrten den Spin eines der beiden Atome mit einem plötzlichen Stromstoß schlagartig um Zur Überraschung der Forschenden folgte auf diesen drastischen Ansatz eine Quantenwechselwirkung wie sie im Lehrbuch steht Denn während des Pulses stoßen Elektronen mit dem Atom zusammen und bringen dessen Spin zum Rotieren Otte »Wir sind immer davon ausgegangen dass bei diesem Vorgang die empfindliche Quanteninformation – die sogenannte Kohärenz – verloren geht Denn die Elektronen die man aussendet sind inkohärent Jedes Elektron hatte vor der Kollision eine etwas andere Geschichte und dieses Chaos überträgt sich auf den Spin des Atoms und zerstört jede Kohärenz « Dass dies nun nicht der Fall zu sein scheint sorgte für einige Diskussionen Offenbar kann jedes Elektron Überlagerungszustände erzeugen wie sie die Grundlage für fast jede Form der Quantentechnologie bilden Dass diese Elektronen über ihre Historie noch mit ihrer Umgebung in Verbindung stehen spielt offenkundig keine Rolle Es geht hier also um die Verletzung eines Grundsatzes der Quantenphysik demzufolge jede Messung die Überlagerung von Quantenzuständen unwiederbringlich zerstört »Die Krux ist dass es auf Perspektive ankommt« argumentiert Markus Ternes der als Co-Autor an dem Science Paper beteiligt ist »Das Elektron kehrt den Spin eines Atoms um sodass es zum Beispiel nach links zeigt Man könnte dies als eine Messung betrachten die das gesamte Quantengedächtnis löscht Aber aus der Sicht des kombinierten Systems aus beiden Atomen ist die resultierende Situation gar nicht so banal Für die beiden Atome zusammen stellt der neue Zustand eine perfekte Überlagerung dar die den Austausch von Informationen zwischen ihnen ermöglicht Entscheidend dafür ist dass beide Spins verschränkt werden « Die Entdeckung könnte sich als folgenreich für die Entwicklung und Erforschung von Quantencomputern erweisen deren Funktion auf der Verschränkung und Überlagerung von Quantenzuständen beruht Folgt man den gewonnenen Erkenntnissen so muss man bei der Erzeugung dieser Quantenzustände vielleicht etwas weniger vorsichtig sein als bislang gedacht Für Otte und sein Team an der TU Delft ist das Ergebnis aber vor allem der Ausgangspunkt für weitere spannende Experimente Veldman »Hier haben wir zwei Atome verwendet aber was passiert wenn man drei verwendet? Oder zehn oder tausend? Das kann niemand vorhersagen da die Rechenleistung für die Simulation solcher Zahlen nicht ausreicht « ha ■ Interview mit Prof Markus Ternes Forschungszentrum Jülich und RWTH Aachen Hoffnung auf skalierbare Quantencomputer Ein aufsehenerregendes Experiment hat jüngst gezeigt dass Qubits sehr stabil sein können Im Interview mit Markt Technik erklärt einer der Initiatoren des Experiments was dahinter steckt und warum Hoffnung auf reale Quantencomputer besteht Markt Technik Sie haben ein Experiment durchgeführt das Folgendes gezeigt hat Ein System aus zwei verschränkten Atomen die auf einer Oberfläche eng nebeneinander platziert sind verliert selbst unter Elektronenbeschuss seinen verschränkten Zustand nicht Warum ist das interessant? Prof Markus Ternes Die Grundidee ist es Atome auf einer Oberfläche eng nebeneinander zu platzieren und zu verschränken Das geht mithilfe der Tunnelmikroskopie recht einfach Es ist uns gelungen zwei Atome im Abstand von nur 1 nm auf eine Oberfläche zu setzen und zu verschränken sodass sie intern zwischen zwei benachbarten Energieniveaus oszillieren können Das Problem ist aber Wie spricht man die Atome an um die Quantenzustände zu manipulieren und auszulesen? An ein Atom kann man ja keinen Draht löten Wir haben nun eine Methode gefunden wie es funktioniert Das verspricht einen neuen Typ von Quantencomputern? Wir können wie das Experiment gezeigt hat tatsächlich Atome auf einer Oberfläche in einen verschränkten Zustand bringen daraus könnte sich ein neuer Typ von Quantencomputern entwickeln Wenn Sie Elektronen fließen lassen und daraus auf den Zustand des verschränkten Systems schließen dann hätten Sie ja eine Messung durchgeführt Folglich muss der verschränkte Zustand zusammenbrechen ähnlich wie es beim Öffnen der Kiste geschieht in der Schrödingers Katze sitzt Warum ist das nicht der Fall? Das war selbst innerhalb unserer Gruppe vor dem Experiment sehr umstritten Einige sagten es handele sich um eine Messung also wird die Verschränkung zusammenbrechen Aber das Experiment hat jetzt eindeutig gezeigt Die Verschränkung bleibt bestehen Es handelt sich also nicht um eine Messung Wie ist das zu erklären? Es ist keine Messung weil wir dadurch keine Information über das System an sich erhalten Am Beispiel von Schrödingers Katze Wir machen den Deckel nicht auf wir schütteln nur