Kalibrieren von Quantenmaschinen

Theoretische Physiker der Freien Universität Berlin entwickeln Methode, um Funktionieren von Quantenmaschinen nachzuweisen

Nr. 365/2015 vom 18.11.2015

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin haben eine neue Methode entwickelt, um Quantenmaschinen in ihrer korrekten Funktionsweise zu zertifizieren. Solche Quantenmaschinen erlauben die Simulation von komplexen Systemen, die selbst mit modernen Superrechnern nicht zu simulieren sind. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Jens Eisert an der Freien Universität Berlin arbeitet gemeinsam mit dem Institute of Photonic Sciences in Barcelona, dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Universidade Federal do Rio de Janeiro daran, das korrekte Funktionieren der Quantenmaschinen zu beweisen. Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden in dem renommierten Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Quantenmaschinen bestehen aus einzelnen Atomen oder Lichtmoden und gehorchen der physikalischen Theorie der Quantenmechanik. Sie sind fähig, komplexe Systeme zu simulieren, die anders nicht nachgestellt werden können. „Daraus ergibt sich eine Frage, die nicht einer gewissen Ironie entbehrt“, sagt Prof Dr. Jens Eisert, Leiter der Arbeitsgruppe für Quanten-Vielteilchentheorie und Quanteninformation an der Freie Universität. „Wenn man nicht einmal herausfinden kann, was die Maschine intern tut, wie kann man dann ihre Funktionieren überhaupt überprüfen?“ Man könne die Richtigkeit des Ergebnisses ja nicht direkt berechnen. Dieses Paradoxon erinnere an die berühmte Antwort 42 im Kontext der Suche nach dem Sinn des Lebens und des Universums im Kultbuch Hitchhiker’s Guide To the Galaxy, erklärt Jens Eisert. Die Zahl 42 sei dort die Antwort, aber wie lautete die Frage, die der Rechner gelöst hat?

In dem in Nature Communications publizierten Fachaufsatz stellen die Wissenschaftler dar, wie sie dieses Paradoxon für eine große Klasse von Quantenmaschinen gelöst haben. Sie zeigen, wie die korrekte Präparation von Quantenzuständen in einer effizienten und experimentell freundlichen Weise zertifiziert werden kann. Die entwickelten Verfahren seien vor allem für optische Systeme geeignet, in denen einzelne Lichtquanten den Quantengesetzen gehorchen.

Die Forschung der Arbeitsgruppe Eisert wurde von der Europäischen Union (RAQUEL, SIQS, AQuS, Marie-Curie), dem Europäischen Forschungsrat (TAQ), dem Bundesministerium für Bildung und Forschung und der Studienstiftung gefördert.

Weitere Informationen

Die Publikation

L. Aolita, C. Gogolin, M. Kliesch, J. Eisert (2015): „Reliable quantum certification for photonic quantum technologies“, in: Nature Communications Vol. 6, 8498 (2015).

Kontakt

Prof. Dr. Jens Eisert, Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin, Telefon: 030 / 838-54781, E-Mail: jense@physik.fu-berlin.de

Im Internet

http://arxiv.org/abs/1407.4817