NTHU-Forscher entwickeln mit einem Photon den kleinsten Quantencomputer der Welt

(SeaPRwire) –   HSINCHU, Taiwan, 08. November 2024 — Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Chih-Sung Chuu vom Department of Physics und dem Center for Quantum Technology der National Tsing Hua University (NTHU) in Taiwan hat kürzlich die Entwicklung des weltweit kleinsten Quantencomputers angekündigt – mit nur einem Photon. Dies ist auch der erste optische Quantencomputer, der in Taiwan entwickelt wurde.

Professor Chuus Forschungsteam demonstrierte auf der Pressekonferenz, dass ihr optischer Quantencomputer, der in einer optischen Faser Schleife mit nur einem Photon läuft, komplexe mathematische Operationen verarbeiten kann, darunter Primzahlzerlegungen wie 15 = 5 x 3 – das allererste Mal, dass ein einzelnes hochdimensionales Photon verwendet wurde, um Quantenalgorithmen auszuführen.

Die bahnbrechende Forschung des Teams wurde in der Septemberausgabe von Physical Review Applied veröffentlicht.

NTHU-Präsident W. John Kao sagte, dass die bahnbrechende Forschung des Teams ein Meilenstein für Quantencomputer ist. Letztes Jahr besuchte er das fortschrittlichste Quantencomputerlabor in den Vereinigten Staaten, und was ihn am meisten beeindruckte, war das riesige Kühlsystem, das einen ganzen Raum füllte und die Temperatur bei minus 273 Grad Celsius hielt. Der an der NTHU entwickelte optische Quantencomputer kann jedoch bei Raumtemperatur betrieben werden und das Gerät ist nur so groß wie eine Box, was Kao dazu veranlasst, auszurufen: „Ich hoffe, dass wir eines Tages alle einen optischen Quantencomputer auf unserem Schreibtisch haben werden!“

Chuu erklärte, dass Photonen Elementarteilchen des Lichts sind. Um es einem Photon zu ermöglichen, mehr Informationen zu tragen, entwickelte das Team eine Technologie, die Informationen in 32 Dimensionen auf ein einzelnes Photon kodieren kann. Wie allgemein bekannt ist, ist ein eindimensionales Objekt eine Linie; ein zweidimensionales Objekt ist eine Ebene mit Länge und Breite; und ein dreidimensionales Objekt hat Länge, Breite und Höhe. Der von Chuus Team erstellte Quantencomputer kann Informationen in 32 Dimensionen, oder Zeitfenstern, innerhalb eines einzelnen Photons kodieren, wodurch der Weltrekord gebrochen wird.

Chuu verglich Photonen mit einer 32-dimensionalen Speicherkapazität damit, ein einsitziges Fahrrad in ein 32-sitziges Fahrrad zu verwandeln.

Chuu erklärte weiter, dass die konventionellen optischen Quantencomputer viele Photonen benötigen, aber Photonen probabilistisch erzeugt werden, von Moment zu Moment erscheinen und verschwinden, was es schwierig macht, mehrere Photonen gleichzeitig erscheinen zu lassen. Dies lenkte Chuus Aufmerksamkeit auf die Möglichkeit, alle Informationen in ein Photon zu packen. Das nächste Ziel des Teams ist es, einen Weg zu finden, die Informationskapazität eines einzelnen Photons weiter zu erhöhen, so dass es noch komplexere Quantenoperationen verarbeiten kann.

Während normale Computer Operationen durchführen, indem sie Strom verwenden, um Daten auf Leiterplatten zu übertragen, verwenden optische Quantencomputer Licht, um Daten zu übertragen und verwenden die Quantenmechanik, um Operationen durchzuführen. Chuu erklärte, dass normale Computer Binärziffern oder Bits verwenden, die nur entweder 0 oder 1 darstellen können, das Quantenbit oder Qubit, das in einem Quantencomputer verwendet wird, gleichzeitig 0 und 1 sein kann. Diese Eigenschaft wird als Quantenüberlagerung bezeichnet und ermöglicht es Quantencomputern, komplexe Operationen wie Primzahlzerlegungen und Big-Data-Suchen Hunderte Millionen Mal schneller als normale Computer auszuführen.

Der Dekan der Fakultät für Naturwissenschaften, Chung-Yu Mou, wies darauf hin, dass dieser optische Quantencomputer das Ergebnis unabhängiger Forschung und Entwicklung ist, die vom Center for Quantum Technology der NTHU gefördert wird, und die technische Stärke der Schule in der Quantentechnologie und ihr Engagement für Innovation demonstriert. Zu den vielfältigen zukünftigen Anwendungen für optische Quantencomputer gehören die Forschung und Entwicklung neuer Medikamente, die Optimierung der Logistik und die Informationssicherheit. Da die Effizienz von optischen Quantencomputern die der derzeit verwendeten Supercomputer bei weitem übertrifft, werden sie voraussichtlich einen großen Einfluss auf die zukünftige Entwicklung der künstlichen Intelligenz haben.

Kontakt:
Holly Hsueh
NTHU
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