c't 19/2019
S. 42
News
Quantentechnik, Roboteranzug, Wearables

20 Qubits gemeinsam im Katzenzustand

Ein weiterer Schritt auf dem weiten Weg zum Quantencomputer: Eine internationale Kooperation versetzte 20 miteinander verschränkte Quantenbits in den Zustand der Überlagerung.

Das Paradoxon von Schrödingers Katze verbildlicht überlagerte Zustände. Erstmals hat ein internationales Forscherteam den „Katzenzustand“ mit 20 verschränkten Qubits erzeugt. Bild: Forschungszentrum Jülich

Zwar sind bereits Quantencomputer mit bis zu 50 Qubits realisiert worden, aber längst nicht alle dieser Qubits können gleichzeitig miteinander verschränkt werden. Nun hat eine internationale Forschungskooperation eine faszinierende Bestmarke erzielt: Ihnen gelang die Verschränkung von 20 Qubits, die sich ihrerseits alle im Zustand der Quantenüberlagerung befanden.

Der Überlagerungszustand wird in Anlehnung an eine Argumentation des Physikers Erwin Schrödinger 1935 auch als „Katzenzustand“ bezeichnet. Schrödinger übertrug mit seinem berühmten Gedankenexperiment Thesen aus der Quantenmechanik in die makroskopische Welt. Sein Szenario: Eine Katze in einer verschlossenen Kiste wird in dem Moment getötet, in dem ein radioaktives Teilchen zerfällt. Solange keine Messung erfolgt, befindet sich das radioaktive Teilchen nach herrschender Auffassung in einem Überlagerungszustand: Es ist gleichzeitig zerfallen und nicht zerfallen. Bis jemand nachguckt, ist somit die Katze zugleich tot und lebendig, wie Schrödinger provokant folgerte. Den Umstand, dass der Zustand der Katze von dem des Teilchens abhängt, bezeichnete er als Verschränkung.

Der aktuelle Erfolg gelang Forschern der US-Universitäten Harvard, Berkeley, MIT und Caltech im Verbund mit dem Forschungszentrum Jülich und der Universität Padua. Sie fingen zwanzig Rubidiumatome mit Lasern wie mit einer optischen Pinzette ein und hielten sie in einer Reihe auf ihren Plätzen. Ein weiterer Laser regte die Elektronenhüllen einiger dieser Atome an und blähte diese auf, bis die Atomreihe miteinander verschmolz. Gleichzeitig nahmen die Elektronenhüllen bei diesem Verfahren einen Überlagerungszustand ein. Die größte Herausforderung bestand für die Forscher darin, diesen Prozess abzuschließen, bevor der empfindliche Katzenzustand der verschränkten Atome von selbst wieder zerfällt.

20 Qubits – das scheint kaum mehr als eine Handvoll zu sein. In der kurzzeitig erreichten Konfiguration repräsentierte das System im Katzenzustand allerdings eine Million Zahlenwerte. Wie die Forscher betonen, könnten bereits 300 Qubits mehr Zahlen gleichzeitig speichern, als es Teilchen im Universum gibt. Ein Quantencomputer mit einer stabilen Kapazität dieser Größenordnung könnte eine hohe Zahl von Möglichkeiten zugleich betrachten und beispielsweise komplexe Moleküle simulieren oder verbreitete Public-Key-Verschlüsselungen knacken. (agr@ct.de)

Schneller mit Roboterhose

Kraftvolle Hilfe zum Anziehen: Der Roboteranzug unterstützt beim Gehen und beim Rennen. Bild: Wyss Institute / Harvard

Ein neues anziehbares Robotersystem unterstützt sowohl beim Gehen als auch beim Rennen durch Zusatzkraft. Damit erweist sich erstmals ein System als nützlich bei beiden Gangarten, betont das Wissenschaftler-Team der Harvard-School of Engineering and Applied Sciences, des Wyss Institute in Harvard sowie der University of Nebraska Omaha.

Der Roboteranzug wird wie eine Hose getragen. Integrierte Bowdenzüge laufen vom Hüftgurt über das Gesäß bis zu den Oberschenkeln und entlasten durch Zug die Gesäßmuskulatur bei jedem Schritt. Die zugehörigen Servomotoren plus Steuerung schnallt sich der Nutzer auf den Rücken und ein Batteriemodul vor den Bauch. Das Gesamtsystem wiegt fünf Kilogramm. Die Neuerung dieses Ansatzes ist, dass die Technik die Gangart erkennt, die Steuerung jeweils zwischen Gehen und Rennen umschaltet und das Timing der Motoren anpasst. (agr@ct.de)

Elektronik auf flexiblem Nylon

Erstmals haben Forscher Nylon zu extrem dünnen, glatten Schichten verarbeiten können. Aufgrund seiner ferroelektrischen Eigenschaften lässt sich das transparente Material für biegsame elektronische Geräte sowie für Wearables einsetzen. Die Wissenschaftler der Universität Mainz, des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung und der Universität Łódź lösten Nylon chemisch auf und verfestigten es im Vakuum wieder. Ihre Nylonschichten sind nur 100 Nanometer dünn, 200-mal dünner als Zellophanfolie. Daraus resultierende Hochleistungskondensatoren erwiesen sich bei Millionen Auf- und Entladevorgängen als stabil. Das Material bietet sich somit für multifunktionale Kleidung mit integrierter Elektronik an. (agr@ct.de)

Kommentare lesen (2 Beiträge)