Lopez-Loreta-Preis 26.11.2018, 06:10 Uhr

Fehlerkorrektur in der Quantenwelt

Sebastian Krinner ist der erste Lopez-Loreta-Preisträger der ETH Zürich. Der Physiker hat ein klares Ziel: Er will einen Quantencomputer bauen, der nicht nur leistungsfähig ist, sondern auch fehlerfrei arbeitet.
Mit dieser hochkomplexen Apparatur untersucht Sebastian Krinner, wie sich die Fehlerrate von Quantencomputern reduzieren lässt.
(Quelle: Heidi Hostettler / ETHZ )
«Hier, zuunterst in diesem weissen Behälter, sind die Schaltungen», erklärt Sebastian Krinner mit sichtlichem Stolz, nachdem er den Besucher durch den grossen, mit Hightech-Apparaturen überstellten Raum geführt hat. Zuhinterst im Labor des Quantum Device Lab hat der Physiker sein Experiment aufgebaut – und hier wird er wohl in den nächsten Jahren noch etliche Arbeitsstunden verbringen. Denn Krinner erhält dieses Jahr – als erster überhaupt – den hochdotierten Lopez-Loreta-Preis, der es ihm ermöglicht, in den nächsten Jahren sein Projekt weiter an der ETH Zürich voranzutreiben.

Empfindliche Quantenzustände

Krinner verfolgt ein ambitiöses Vorhaben: Als Oberassistent in der Forschungsgruppe von Andreas Wallraff will er die Entwicklung von Quantencomputern einen entscheidenden Schritt weiterbringen. «Wenn von Quantencomputern die Rede ist, spricht man meistens davon, möglichst viele Qubits zu kontrollieren», erklärt er. «Doch dabei geht oft vergessen, dass die Qubits als Träger der Quanteninformation nicht fehlerfrei arbeiten.» Tatsächlich können die fragilen Quantenzustände leicht gestört werden, so dass sich Ungenauigkeiten und falsche Informationen in die Berechnungen einschleichen.
Wie also schafft man es, die Fehlerquote möglichst tief zu halten? Krinner möchte zeigen, dass dies mit Hilfe von sogenannten logischen Qubits gelingen kann. Bei einem logischen Qubit werden mehrere Qubits so miteinander verschaltet, dass sie wie ein einzelnes Qubit arbeiten, nur eben stabiler und damit weniger fehleranfällig.

Komplexe Versuchsanordnung

Das tönt in der Theorie einfacher als es tatsächlich ist. Zum einen müssen die einzelnen Qubits bereits eine hohe Zuverlässigkeit haben, bevor man sie zusammenschaltet. Wenn sie eine Fehlerquote von mehr als einem Prozent haben, ist die Verknüpfung zu logischen Qubits sogar kontraproduktiv – die Fehlerrate würde dann steigen anstatt sinken. Zum anderen müssen die Qubits auf sehr engem Raum verknüpft werden. Die Ansteuerung der flachen quantenmechanischen Elemente wird dadurch viel anspruchsvoller.
Im Moment ist Krinner daran, einige wenige Qubits zu logischen Qubits zu verknüpfen und ihr Verhalten experimentell zu verifizieren. Im weissen Behälter, dem Herzstück seiner Versuchsanlage, werden die Qubits auf unvorstellbar tiefe Temperaturen von wenigen Millikelvin abgekühlt, also fast auf den absoluten Nullpunkt. Angehängt an einer futuristisch anmutenden Konstruktion und angesteuert über zahlreiche feine Koaxialkabel werden die Qubits danach in der gewünschten Form quantenmechanisch miteinander verschaltet.


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