Wolfgang P. Schleich

Wegweisend für die Realisierung einer Verallgemeinerung eines Quantensi-
mulators, nämlich eines Quantenrechners auf der Grundlage von Gattern, war ein
Artikel von Ignacio Cirac und Peter Zoller. Diese schlugen dazu eine Anordnung
von kalten Ionen in einer linearen Falle vor, die durch Laser einzeln adressiert
werden können, und atomare Übergänge durchführen. Bei Emission und Absorp-
tion von Licht erfährt das Atom einen Rückstoß, der aufgrund der Kopplung der
Schwerpunktbewegung durch die Colomb-Abstoßung der Ionen an die Nachbar-
atome weitergegeben wird. Somit entsteht eine Verschränkung zwischen mehre-
ren Atomen in ihrer Schwerpunkts- und internen Dynamik, und die für einen
Computer essentiellen Gatter können so realisiert werden.
Seit einigen Jahren existieren zahlreiche Firmen, die Quantencomputer mit
kalten gefangenen Ionen entwickeln. Abbildung 5 zeigt den Vorläufer der lonen-
falle, die bei der Firma eleQtron als Herzstück eines Quantencomputers mit mikro-
wellengesteuerten Ionen zum Einsatz kommt.


Abb. 5: Vorläufer der planaren Paulfalle eines Quantencomputers der Firma eleQtron auf der Grundlage der
MAGIC-Methode. Die Ionen befinden sich über der diagonal zwischen linker und rechter Ecke des Chips
verlaufenden Elektrode. Um sie einzeln adressieren zu können, sind auf dem Chip Elektroden zur Erzeugung
von Magnetfeldgradienten angebracht, die über die magnetfeldabhängige Verschiebung der Energieniveaus eine
Anregung mit Mikrowellen unterschiedlicher Frequenzen ermöglicht. Die zentrale Elektrode ist der zugehörige
Wellenleiter. (Mit freundlicher Genehmigung der Firma eleQtron.)

Neben den kalten Ionen gibt es jedoch noch zahlreiche andere Quantensyste-
me, die zum Bau von Quantencomputern benutzt werden. So zum Beispiel Fehl-
stellen in Festkörpern, Kernspinresonanz, photonische Systeme, Rydberg-Atome
oder supraleitende Schaltkreise. Auf letzterer Methode beruht der Quantencom-
puter in Ehningen von IBM, der auch den Universitäten in Baden-Württemberg
zur Verfügung steht.

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