Physiker öffnen zweite Zeitdimension in einem Quantencomputer

Physiker haben eine bisher noch nie beobachtete Phase der Ma­te­rie erzeugt. Dafür wurden Atome in einem Quan­ten­com­pu­ter mit einer La­ser­puls-Fol­ge beschossen, die sich an den be­kann­ten Fi­bo­nac­ci-Zahlen orientierte, be­rich­te­ten die For­scher in einer Nature-Publikation. Diese neu beobachtete Phase hat die Vorteile von zwei Zeitdimensionen, obwohl es nur einen einzigen Zeitfluss gibt, berichten die Physiker. Diese verblüffende Eigenschaft bietet einen begehrten Vorteil: Die in der Phase gespeicherten Informationen sind weitaus besser vor Fehlern geschützt als bei alternativen Anordnungen, wie sie derzeit in Quantencomputern zu finden sind. Dadurch kann die Information viel länger bestehen bleiben, ohne dass es zu Verlusten kommt.

Laut Philipp Dumitrescu vom Center for Computational Quantum Physics des Flatiron Institute in New York City bedeutet dies, dass die praktische Realisierbarkeit von Quantencomputern weiter verbessert wird. "Ich habe über fünf Jahre lang an diesen theoretischen Ideen gearbeitet, und es ist aufregend zu sehen, wie sie in Experimenten tatsächlich umgesetzt werden", sagte er.

Ionen in der Zeit-Symmetrie

Die "Arbeitspferde" des Quantencomputers sind zehn atomare Ionen eines Elements namens Ytterbium, die als Quantenbits dienen. Jedes Ion wird von elektrischen Feldern, die von einer Ionenfalle erzeugt werden, einzeln gehalten und kontrolliert und das kann mit Laserimpulsen manipuliert oder gemessen werden.

Während herkömmliche Computer Informationen in Bits quantifizieren, bei dem jedes für eine 0 oder eine 1 steht, nutzen die von Quantencomputern verwendeten Qubits die Unschärfen der Quantenmechanik, um mehr Informationen zu speichern. So wie Schrödingers berühmte Katze in ihrer Kiste sowohl tot als auch lebendig ist, kann ein Qubit eine 0, eine 1 oder eine Mischung - oder "Superposition" - aus beidem sein. Diese zusätzliche Informationsdichte soll letztlich die höheren Leistungen von Quantencomputern in bestimmten Bereichen hervorbringen.

Die Katze verliert ihren unbestimmten Zustand allerdings, wenn man nachschaut. Ebenso sorgt beim Quantencomputer eine Interaktion zum Verlust von Informationsdichte - und dabei muss es nicht einmal eine absichtliche Beobachtung sein. Das sorgt für eine hohe Fehlerrate. Der neu beobachtete Zustand sorgt allerdings für eine Symmetrie im zeitlichen Verlauf, so dass die Informationen stabiler vorgehalten werden können.

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