Laser und Quantencomputer
In unserer kleinen Reihe zu den neuesten wissenschaftlichen Fortschritten dank der Lasertechnologie wird es heute etwas kompliziert. Sicher haben Sie schon vom Quantencomputer gehört. Doch wie funktioniert das und was hat der Laser damit zu tun?
Quantencomputer unterscheiden sich grundlegend von klassischen Computern. Sie arbeiten nämlich nicht mit normalen Bits, die entweder den Wert 0 oder 1 haben. Vielmehr nutzen sie die sogenannten Quantenbits (Qubits). Diese Qubits können dank eines Phänomens namens Superposition gleichzeitig 0 und 1 sein. Dadurch können Quantencomputer viele Rechenoperationen parallel ausführen und extrem komplexe Probleme viel schneller lösen als herkömmliche Computer. Außerdem nutzen sie die Verschränkung, eine besondere Verbindung zwischen Qubits, die es erlaubt, dass eine Änderung an einem Qubit sofort die anderen beeinflusst – unabhängig von der Entfernung (spukhafte Fernwirkung).
Die Lasertechnologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Funktion von Quantencomputern. Das gilt besonders für folgende Bereiche:
Manipulation und Kontrolle von Qubits
Laserstrahlen werden als „Förderbänder aus Licht“ verwendet, um einzelne Atome präzise zu positionieren und zu manipulieren. Diese genaue Kontrolle ist nötig für die Interaktion zwischen Qubits und die generelle Durchführung von Quantenoperationen.
Auslesen von Quanteninformation
Schwaches Laserlicht wird genutzt, um den Zustand von Qubits auszulesen, ohne die empfindliche Superposition der Quanten zu zerstören. Durch die Messung der veränderten Polarisation des Laserlichts können Informationen gewonnen werden, während der Quantenzustand erhalten bleibt.
Integrierte Quanten-Lichtquellen
Die neueste Entwicklung hat zur Schaffung von Mikrochips mit integrierten Quanten-Lichtquellen geführt. Diese Chips verwenden Quantenpunkt-Laser, um verschränkte Photonen direkt auf dem Chip zu erzeugen, was die Größe und Komplexität von Quantensystemen reduziert.
Rauschunterdrückung und Filterung
Spezielle Laserfilter und ringförmige Wellenleiter werden eingesetzt, um Störrauschen zu blockieren und die Qualität der Quantenverschränkung zu verbessern. Auf diese Weise lässt sich die Kohärenz in Quantensystemen aufrechterhalten.
Präzise Justierung
Laser ermöglichen eine extrem genaue Justierung von Komponenten in Quantenexperimenten. Ohne diese Präzision nimmt die Funktionalität und Zuverlässigkeit von Quantencomputern rapide ab.