„Die Aufgabe des Benchmarking und der Verifizierung ist zu überprüfen, ob ein Gerät so funktioniert, wie es soll“, erklärt Prof. Dr. Jens Eisert, der das beteiligte Team an der Freien Universität leitet. „Im Forschungsgebiet der Quantenphysik werden neuartige Informationstechnologien geschaffen, bei denen einzelne Quantensysteme, also einzelne Atome, Moleküle oder Lichtquanten, als Informationsträger genutzt werden“, erläutert der Physiker. Die Speicherung der Informationen in Quantensystemen sei fragil, weshalb neue Werkzeuge und Ideen für das Benchmarking besonders wichtig seien. Die Anforderungen an Zertifizierungs- und Benchmarking-Instrumente seien so vielfältig wie die Anwendungen der Quantentechnologie selbst, und jeder Anwendungsbereich erfordere eigene Prioritäten in der Zertifizierung und im Benchmarking. Berücksichtigt werden müsse außerdem, dass die Quantenphysik einzigartige Herausforderungen mit sich bringe. „Zum Beispiel sind viele Quantenphänomene extrem empfindlich, und jede Zertifizierungstechnik muss sorgfältig entwickelt werden, um das untersuchte Gerät nicht zu stören“, erläutert Jens Eisert.

In ihrem Beitrag geben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Überblick über die Techniken, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen entwickelt wurden. Sie stellen einen Rahmen vor, der Protokolle nach den Informationen, die extrahiert werden können, den zugrunde liegenden Annahmen und den zur Ausführung des Protokolls erforderlichen Ressourcen klassifiziert. „Dieser Panorama-Ansatz bietet nicht nur einen für Neulinge zugänglichen Überblick zur Beurteilung der relativen Stärken und Schwächen der verfügbaren Instrumente, sondern kann auch als Ausgangspunkt für die Verbesserung, Erweiterung und, wo möglich, Standardisierung der vielen derzeit vorhandenen Methoden dienen“, sagt Jens Eisert. 

Es wurden bereits viele Werkzeuge für die Zertifizierung und das Benchmarking von Quantengeräten entwickelt, einige davon am Dahlem Center for Complex Quantum Systems der Freien Universität. „Diese werden aktuell auch schon in hochmodernen Laboren auf der ganzen Welt eingesetzt, da die Beteiligten immer größere und komplexere Quantensysteme untersuchen“, sagt Jens Eisert. Da Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler jedoch bereits begonnen haben, sich mit Anwendungen auf den Markt zu gehen, werde der Bedarf an strengen und dennoch robusten Methoden perspektivisch größer werden. Ein transparenter Rahmen für Standards und beste Praktiken sei für die Entwicklung jeder neuen Technologie von wesentlicher Bedeutung und bilde einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Quantenindustrie der Zukunft.