Acht statt nur zwei: Bisher sind Quantencomputer an gängige Digitaltechnik angepasst – sie rechnen mit Nullen und Einsen. Jetzt haben Physiker einen Quantenrechner konstruiert, der mehr kann: Anders als Quantenbits haben seine Quanten-Digits aus Calcium-Ionen acht auslesbare Zustände und ermöglichen so mehr Rechenleistung mit weniger Quantenteilchen. Solche nicht-binären Quantencomputer könnten für viele Anwendungen weit geeigneter sein als die an das klassische Rechnen angepassten Varianten, wie das Team in „Nature Physics“ berichtet.
Computer rechnen binär – ihre Information ist in Abfolgen aus Nullen und Einsen kodiert. Dieser Standard prägt die gesamte digitale Welt und wurde daher bisher auch bei Quantencomputern verwendet. Obwohl die für das Quantenrechnen verwendeten Teilchen – Atome, Ionen oder virtuelle Ladungspunkte – meist mehr als nur zwei Zustände einnehmen können, wählt man für die praktische Anwendungen nur zwei davon aus. Quantenbits kodieren Informationen daher nach dem gleichen Code wie klassische Bits und Bytes.
Acht „Digits“ statt nur zwei Bits
Aber es geht auch anders: „Die physikalischen Bausteine des Quantencomputers können deutlich mehr als nur Null und Eins“, erklärt Erstautor Martin Ringbauer von der Universität Innsbruck. „Die Einschränkung auf binäre Systeme nimmt diesen Computern viel von ihrem echten Potential.“ Ob es möglich ist, statt mit künstlich auf zwei Zustände beschränkten Qubits auch mit mehrstufigen Quantendigits (Qudits) zu rechnen, haben Ringbauer und seine Kollegen nun ausprobiert.
Als Basis und Rechen-Grundeinheiten für ihren neuen Qudit-Quantencomputer nutzten die Physiker eine Reihe von Calcium-Ionen in einer Ionenfalle. Über ein von außen angelegtes Magnetfeld lassen sich diese Ionen auf verschiedenen Energiezustände anregen. Acht dieser Zustände sind ausreichend klar gegeneinander abgegrenzt, dass man sie auslesen und zur Kodierung von Information verwenden kann, wie das Team berichtet.
