W\u00e4hrend die Anzahl der Qubits und die Stabilit\u00e4t der Quantenzust\u00e4nde die derzeitigen Quantencomputer noch begrenzen, gibt es Fragen, in denen diese Prozessoren ihre enorme Rechenleistung bereits nutzen k\u00f6nnen. In Zusammenarbeit mit dem Google Quantum AI Team haben Wissenschaftler der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) und der University of Nottingham mit einem Quantenprozessor den Grundzustand eines sogenannten Toric Code-Hamiltonian simuliert \u2013 ein archetypisches Modellsystem in der modernen Physik der kondensierten Materie, das urspr\u00fcnglich im Zusammenhang mit der Quantenfehlerkorrektur vorgeschlagen wurde.<\/p>\n\n\n\n
Wie w\u00e4re es, in einer flachen, zweidimensionalen Welt zu leben? Physiker sagen voraus, dass die Quantenmechanik in diesem Fall noch seltsamer w\u00e4re. Beispielsweise w\u00fcrde es exotische Teilchen geben, sogenannten \u201eAnyons\u201c, die es in unserer dreidimensionalen Welt nicht gibt. Doch diese unbekannte Welt ist nicht nur eine Kuriosit\u00e4t, sondern m\u00f6glicherweise der Schl\u00fcssel zu Erschlie\u00dfung von Quantenmaterialien und -technologien der Zukunft, so die TUM in einer Pressemeldung<\/a>.<\/p>\n\n\n\n In Zusammenarbeit mit dem Google Quantum AI Team haben Wissenschaftler der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen und der University of Nottingham einen gut kontrollierbaren Quantenprozessor eingesetzt, um solche Quantenmaterie-Zust\u00e4nde zu simulieren. In der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift “Science” stellen sie ihre Ergebnisse vor.<\/p>\n\n\n\n Alle Partikel in unserer dreidimensionalen Welt sind entweder Bosonen oder Fermionen. Jedoch wurde bereits vor fast 50 Jahren theoretisch vorhergesagt, dass andere Arten von Teilchen, die sogenannten Anyons, existieren k\u00f6nnten, wenn Materie auf zwei Dimensionen beschr\u00e4nkt ist.<\/p>\n\n\n\n Solche zweidimensionalen Systeme sind die sogenannten topologischen Phasen der Materie, deren Entdeckung 2016 mit dem Nobelpreis gew\u00fcrdigt wurde. Hier k\u00f6nnen Anyon-Teilchen als kollektive Anregungen entstehen.<\/p>\n\n\n\n \u201eDas Verdrehen von Paaren dieser Anyons durch Umeinanderbewegen in der Simulation enth\u00fcllt ihre exotischen Eigenschaften \u2013 Physiker nennen das Flechtstatistiken\u201c, sagt Dr. Adam Smith von der University of Nottingham.<\/p>\n\n\n\n Ein einfaches Bild f\u00fcr diese kollektiven Erregungen ist die \u201eLa Ola-Welle\u201c eines Stadionpublikums \u2013 sie hat eine genau definierte Position, aber sie kann ohne die Tausenden von Menschen nicht existieren, aus denen sich die Menge zusammensetzt. Die experimentelle Realisierung und Simulation solcher topologisch geordneter Zust\u00e4nde hat sich jedoch als \u00e4u\u00dferst schwierig erwiesen.<\/p>\n\n\n\n In wegweisenden Experimenten programmierten die Teams der TUM, der University of Nottingham und von Google Quantum AI den Quantenprozessor von Google, um diese zweidimensionalen Zust\u00e4nde der Quantenmaterie zu simulieren.<\/p>\n\n\n\n \u201eGoogles \u201aSycamore\u2018 Quantenprozessor kann pr\u00e4zise gesteuert werden und ist ein gut isoliertes Quantensystem, was eine wichtige Voraussetzung f\u00fcr die Durchf\u00fchrung von Quantenberechnungen ist\u201c, sagt Erstautor Kevin Satzinger, ein Wissenschaftler aus dem Google-Team.<\/p>\n\n\n\n Mit dem von ihnen entwickelten Quantenalgorithmus konnte das Forschungsteam schlie\u00dflich Zust\u00e4nde mit topologischer Ordnung realisieren, Anyon-Anregungen simulieren und gegeneinander verdrehen. Die Simulation zeigte auch die Auswirkungen weitreichender Quantenverschr\u00e4nkung. Eine m\u00f6gliche Anwendung solcher topologisch geordneter Zust\u00e4nde sind neue Methoden der Fehlerkorrektur, um Quantencomputer zu verbessern. Erste Schritte in Richtung dieses Ziels wurden in der publizierten Arbeit bereits erreicht.<\/p>\n\n\n\n \u201eSchon bald werden Quantenprozessoren eine ideale Plattform darstellen, um die Physik exotischer Phasen von Quantenmaterialien zu erforschen\u201c, sagt Frank Pollmann<\/a>, Professor f\u00fcr theoretische Festk\u00f6rperphysik<\/a> an der TUM. \u201eIn naher Zukunft versprechen Quantenprozessoren, Probleme zu l\u00f6sen, die f\u00fcr die heutigen klassischen Supercomputer unerreichbar sind.\u201c<\/p>\n\n\n\n Auch interessant: <\/strong><\/em>Das Munich Quantum Valley soll Quantenforschung beschleunigen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2084,"featured_media":322170,"template":"","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":""},"categories":[36843],"tags":[125994,27865,32371,25364,120919],"location":[24328],"internal_archives":[],"class_list":["post-322169","selected","type-selected","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-digital-de-de","tag-google-quantum-ai-team-de","tag-quantencomputer-de","tag-quantenphysik-de","tag-tum-de-de","tag-university-of-nottingham-de","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":[],"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/KZVhQ4fB-csm_20211129_ToricCode_AH_665866_15x22_4d3b018f3d-1.jpg","coauthors":[],"author_meta":{"author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/mauro-mereu\/","display_name":"Mauro Mereu"},"relative_dates":{"created":"Posted 4 years ago","modified":"Updated 4 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on December 6, 2021","modified":"Updated on December 6, 2021"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on December 6, 2021 12:15 pm","modified":"Updated on December 6, 2021 12:15 pm"},"featured_img_caption":"\u00a9 A. 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