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Ausgebremste Quantenaktionen Spezieller Effekt bringt Quantencomputer quasi zum Stillstand

Quelle: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 3 min Lesedauer

Warum auch Quantencomputer sozusagen abstürzen können, haben Forscher vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf untersucht. Die Ursache heißt Quantum-Zeno-Effekt ...

Wer Quantencomputer entwickelt oder betreibt, muss scharf aufpassen, dass von außen keine Störungen einwirken können. Man kühlt Quantencomputer deshalb extrem herunter. Doch es gibt einen Effekt, der auch einen Quantencomputer abstürzen lassen kann ...(Bild: B. Schröder / HZDR)
Wer Quantencomputer entwickelt oder betreibt, muss scharf aufpassen, dass von außen keine Störungen einwirken können. Man kühlt Quantencomputer deshalb extrem herunter. Doch es gibt einen Effekt, der auch einen Quantencomputer abstürzen lassen kann ...
(Bild: B. Schröder / HZDR)

Mit der steigenden Zahl ihrer Recheneinheiten, den sogenannten Qubits, steigt die Rechenleistung von Quantencomputern. Doch außer den technischen Herausforderungen der Skalierung droht ein bis dato kaum beachtetes Problem! Deshalb haben Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) im New Journal of Physics gezeigt, dass der Quantum-Zeno-Effekt Rechenprozesse mit wachsender Qubit-Zahl im Extremfall nahezu zum Stillstand bringen kann! Das sei so ähnlich, wie der Absturz eines herkömmlichen Rechners. Mit dem Quantum-Zeno-Effekt lauert demnach bei einer bestimmten Klasse von Quantenrechnern – den adiabatischen Rechnern – eine Hürde, die es zu nehmen gilt und die bisher auch noch nicht wirklich registriert wurde.

Der adiabatische Rechner – störanfälliger Hoffnungsträger

Diese sogenannten adiabatischen Quantenrechner arbeiten nach einem besonderen Prinzip: Ihre Qubits befinden sich stets im Grundzustand, also im Zustand der geringsten Energie. Um eine Rechenaufgabe zu lösen, wird die Energielandschaft der Qubits schrittweise verändert – so langsam, dass sie sich kontinuierlich anpassen und dem jeweils neuen Grundzustand folgen können. Ist die Umgestaltung abgeschlossen, enthält der Grundzustand unmittelbar die Lösung der Aufgabe, wie die Forscher erklären. Adiabatische Algorithmen gelten außerdem als robust und können von Quantencomputern – weitgehend unabhängig von der genutzten Hardware – durchgeführt werden, wie es weiter heißt. Es sei dabei egal, ob die Qubits mit festen Supraleitern oder mit einzelnen, in elektromagnetischen Fallen eingefangenen Ionen erzeugt würden. Beide Hardware-Varianten werden auch bereits genutzt, um adiabatische Algorithmen zu erproben, die sich aus heutiger Sicht elegant und vergleichsweise einfach programmieren lassen. Doch das Ganze kann gestört werden ...

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