Millionen für Innsbrucker Experimentalphysiker
Bei der Quanteninformationsverarbeitung schreitet die Entwicklung rasch voran. Was vor drei Jahrzehnten mit ersten Ideen begann, ist inzwischen ein breit gefächertes Forschungsfeld. So konnten Experimentalphysiker – unter ihnen die weltweit führende Gruppe aus Innsbruck rund um Rainer Blatt - die Grundbausteine eines zukünftigen Quantencomputers im Labor bereits realisieren - mehr dazu in Physiker machen Quantencomputer effizienter.
Außergewöhnliche Eigenschaften der Quantenwelt
Bis allerdings ein universeller Quantencomputer tatsächlich gebaut werden kann, dauert es noch einige Zeit. Bis dahin wollen die Forscher die außergewöhnlichen Eigenschaften der Quantenwelt für spezielle Fragestellungen nutzbar machen. So eignen sich Quantensysteme besonders gut dafür, andere Quantensysteme zu simulieren und deren Eigenschaften zu studieren. Solche Simulationen werden heute im Labor bereits erfolgreich durchgeführt.
Allerdings ist die Zahl der verfügbaren Quantenbits noch so klein, dass diese Fragestellungen auch an einem herkömmlichen Rechner simuliert werden können. Mit einer neuen Art von Quantensimulator will der Innsbrucker Physiker Roos dieses Problem nun umgehen.
IQOQI / M. R. Knabl
Christian Roos
Eine neue Dimension erschließen
Die Forschungen zum Quantencomputer in Innsbruck wurden bisher mit linearen Ionenfallen durchgeführt, in denen sich die Teilchen wie an einer Perlenkette aufreihen. „Wir können in diesem Design heute bis zu 20 Ionen sehr gut kontrollieren“, erzählt Roos. „Je mehr Teilchen aber benötigt werden, umso schwieriger wird es.“
Deshalb will der Physiker nun eine kryogene Apparatur zur Speicherung zweidimensionaler Ionenkristalle entwickeln. In ihr will Roos bis zu 100 Ionen gleichzeitig kontrollieren. „Damit kommen wir in einen Bereich, wo numerische Simulationen auf herkömmlichen Computern zu aufwendig werden“, sagt der Physiker. Ein zweidimensionales System bietet überdies die Möglichkeit, bisher in der Quantensimulation nicht zugängliche physikalische Phänomene zu untersuchen.
Neues Konzept im Labor umsetzen
Mit dem vom Europäischen Forschungsrat zugesprochenen ERC Advanced Grant wird das Innsbrucker Team um Roos nun zunächst versuchen, dieses neue Konzept im Labor umzusetzen. Dann wollen die Wissenschaftler erste konkrete Simulationen durchführen. „Unser Ziel ist es, eine Simulation durchzuführen, die mit der herkömmlichen Methode der numerischen Simulation nicht realisierbar ist“, sagt Roos. Beste Voraussetzungen dafür finden die Forscher am Quantenstandort Innsbruck vor, wo Theoretiker und Experimentalphysiker aus aller Welt auf höchstem Niveau Hand in Hand arbeiten.