LMU München treibt Quantencomputing mit einzelnen Atomen voran

Physiker der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) machen Fortschritte im Bereich des Quantencomputings durch die kontrollierte Manipulation einzelner Atome. Diese Forschung hat zur Gründung von planqc geführt, einem Startup, das sich der Nutzung des Potenzials atomarer Quantenberechnungen widmet.

Die Fähigkeit, quantenmechanische Phänomene präzise zu steuern, ist die Grundlage vieler moderner Technologien. Während frühere Fortschritte oft die Kontrolle großer Teilchenzahlen, wie Photonen oder Elektronen, erforderten, eröffnet die gezielte Steuerung einzelner Atome ein neues Feld. Theoretische Konzepte zur Nutzung von Atomen für Berechnungen existieren seit den 1990er Jahren, doch erst die jüngsten technologischen Fortschritte in der Handhabung einzelner Atome haben eine experimentelle Realisierung ermöglicht, so Professor Johannes Zeiher.

Grundlegende Arbeiten wie die Forschung von Ted Hänsch zur Laserkühlung in den 1970er Jahren legten den Grundstein für die Untersuchung komplexer Atomsysteme. Entwicklungen wie Immanuel Blochs Quantengas-Mikroskop, das die Visualisierung einzelner Atome ermöglicht, haben die Kontrolle signifikant verbessert und Experimente ermöglicht, bei denen Atome für Berechnungen genutzt werden können.

Quantencomputing unterscheidet sich grundlegend vom klassischen Computing, das Bits verwendet, die entweder 0 oder 1 darstellen. Quantencomputer nutzen Qubits, die sich gleichzeitig in einer Superposition beider Zustände befinden können. Diese Fähigkeit ermöglicht es Quantencomputern, einen weitaus größeren Rechenraum zu erschließen und potenziell komplexe Probleme zu lösen, die für traditionelle Rechner unzugänglich sind.

Bei diesem Ansatz werden stabile Zustände innerhalb von Atomen als Rechenbits definiert. Anschließend werden Laser verwendet, um die notwendigen Superpositionszustände für Quantenberechnungen zu erzeugen. Der Prozess erfordert die Kühlung der Atome und den Einsatz von Techniken wie optischen Pinzetten zur präzisen Positionierung und Manipulation, um genaue Quantenberechnungen zu gewährleisten.