Theorie der optimalen Quantenkontrolle

Montag, 13. Mai 2013, 18:30 Uhr
N 24 / Hörsaal 13, Universität, Oberer Eselsberg

Prof. Dr. Tommaso Calarco
Institut für Quanteninformationsverarbeitung   

Die Entwicklung von funktionellen Quantencomputern erfordert die Möglichkeit einer sehr präzisen Kontrolle der Quantendynamik unterhalb einer bestimmten Fehlertoleranz-Schwelle von wenigen Promille. Für eine tatsächliche Realisierung des Quantencomputers müssen jedoch noch zahlreiche Hürden überwunden werden, denn in Laboraufbauten ist nur eine unvollkommene, fehlerbehaftete Umsetzung theoretischer Konzepte möglich. Hierfür liefert die Optimal control theory (OCT) eine Reihe von Methoden zur Entwicklung nötiger Verfahren, die trotz beschränkten Zugangsmöglichkeiten ein gewünschtes Verhalten mit höchst möglicher Erfolgswahrscheinlichkeit erzielen. OCT findet Anwendung in zahlreichen Gebieten wie in der Aerodynamik oder bei ultraschnellen Laser- unterstützen chemischen Reaktionen.
Das Grundprinzip der OCT ist auf dem rechten Bild veranschaulicht: Ein komplizierter Vorgang lässt sich beim ersten Versuch nicht fehlerfrei durchführen - aber durch Übung wird man sich verbessern. Und wenn man diesen erst einmal beherrscht, so ist man in der Lage, erstaunliche Dinge zu vollführen.
Auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung (QIV) hat man bereits Verbesserungen für grundlegende Bausteine des Quantencomputers erzielen können, die die Fehlerquote unter eine mit anderen Mitteln nicht erreichbare Fehlerschwelle gedrückt haben. Eines unserer Forschungsziele ist es, die Anwendungsmöglichkeit der OCT auf ein weiteres Gebiet von physikalischen Implementierungen der QIV auszudehnen als bisher versucht wurde. Eine wichtige Fragestellung dabei ist die Zuverlässigkeit der verwendeten Methoden unter Einfluss von Rauschen, Dissipation und anderen Störungen. Ein weiteres Ziel ist schließlich die Entwicklung neuer Methoden, um die Einschränkung der Anwendbarkeit der OCT in zahlreichen physikalischen Systemen zu vermeiden, welche als mögliche Kandidaten für die physikalische Umsetzung von QIV gehandelt werden.