Een theoretisch concept om kwantuminformatieverwerking te realiseren is ontwikkeld door professor Guido Burkard en zijn team van natuurkundigen aan de Universiteit van Konstanz. De onderzoekers hebben manieren gevonden om elektrische en magnetische ruis voor korte tijd af te schermen. Hierdoor wordt het mogelijk om spins te gebruiken als geheugen voor kwantumcomputers, aangezien de coherentietijd wordt verlengd en vele duizenden computerbewerkingen tijdens dit interval kunnen worden uitgevoerd. De studie werd gepubliceerd in het huidige nummer van het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

De technologische visie op het bouwen van een kwantumcomputer is niet alleen afhankelijk van computer- en informatiewetenschap. Nieuwe inzichten in de theoretische natuurkunde, te, zijn bepalend voor de voortgang in de praktische uitvoering. Elke computer of elk communicatieapparaat bevat informatie die is ingebed in fysieke systemen. "In het geval van een kwantumcomputer, we gebruiken spin-qubits, bijvoorbeeld, informatieverwerking te realiseren, " legt professor Guido Burkard uit, die zijn onderzoek uitvoert in samenwerking met collega's van Princeton University. De theoretische bevindingen die tot de huidige publicatie hebben geleid, zijn grotendeels gemaakt door de hoofdauteur van de studie, doctoraal onderzoeker Maximilian Russ van de Universiteit van Konstanz.

In de zoektocht naar de kwantumcomputer, spin-qubits en hun magnetische eigenschappen staan ​​in het middelpunt van de belangstelling. Om spins te gebruiken als geheugen in kwantumtechnologie, ze moeten op een rij staan, omdat ze anders niet specifiek kunnen worden gecontroleerd. "Meestal worden magneten bestuurd door magnetische velden - zoals een kompasnaald in het aardmagnetisch veld, " legt Guido Burkard uit. "In ons geval zijn de deeltjes extreem klein en de magneten erg zwak, wat het echt moeilijk maakt om ze te beheersen." De natuurkundigen gaan deze uitdaging aan met elektrische velden en een procedure waarbij verschillende elektronen, in dit geval vier, een kwantumbit vormen. Een ander probleem waarmee ze te maken hebben, zijn de elektronenspins, die nogal gevoelig en kwetsbaar zijn. Zelfs in vaste lichamen van silicium reageren ze op externe interferenties met elektrische of magnetische ruis. De huidige studie richt zich op theoretische modellen en berekeningen van hoe de kwantumbits kunnen worden afgeschermd van deze ruis - een belangrijke bijdrage aan het basisonderzoek voor een kwantumcomputer:als deze ruis zelfs voor de kortste tijd kan worden afgeschermd, in deze fracties van een seconde kunnen – althans theoretisch – duizenden computerhandelingen worden uitgevoerd.

De volgende stap voor de natuurkundigen uit Konstanz is nu om samen met hun experimentele collega's te werken aan het testen van hun theorie in experimenten. Voor de eerste keer, in deze experimenten zullen vier in plaats van drie elektronen worden gebruikt, wat zou, bijv. worden uitgevoerd door de onderzoekspartners in Princeton. Terwijl de in Konstanz gebaseerde natuurkundigen de theoretische basis bieden, de samenwerkingspartners in de VS voeren het experimentele gedeelte uit. Dit onderzoek is niet de enige reden waarom Konstanz nu op de kaart staat voor qubit-onderzoek.