Molecular Quantum Computer

• Applicant: Professorin Dr. Regina de Vivie-Riedle (†)
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2003 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5374459

In ihrer Konzeption bestehen Quantencomputer aus physikalischen Systemen, die je zwei elementare Quantenzustände annehmen können sowie, im Gegensatz zu klassischen Systemen, deren Superpositionen. Diese Basiszustände heißen Qubits; sie sind einzeln adressierbar und geeignet für logische Operationen. Die bisher vorgeschlagenen Systeme kommen meist aus dem Bereich der Quantenoptik und verwenden Photonen, Elektronen, Atome, Ionen oder Quantenpunkte als physikalisches Medium. Typische Schwierigkeiten sind hier die Präparation, die Lebensdauer, die Dekohärenz und Skalierbarkeit der Systeme. Als Beispiel molekularer Systeme wurden bislang Kernspins als mögliche Basiszustände betrachtet. Allerdings erweist sich hier schon die Definition des Ausgangszustandes als schwierig, da man in einem nicht gekühlten Ensemble arbeitet. Alle bisher diskutierten Systeme lassen sich in guter Näherung als reine Zweiniveau-Systeme behandeln. Kürzlich haben wir ein neues Konzept für einen molekularen Quantencomputer vorgeschlagen. Für unser zweidimensionales Modellsystem Acetylen konnten mit Hilfe der Optimal Control Theorie erste 1-bit Quantengatter realisiert werden. Die Basiszustände des von uns vorgeschlagenen Qubitsystems sind molekulare Grundzustandsschwingungen in verschiedenen Graden der Anregung, die mit IR-Femtosekunden-Laserpulsen effizient angeregt werden können. In unseren zukünftigen Arbeiten beabsichtigen wir, die Vor- und Nachteile dieses Multilevelsystems zu studieren. Weiterhin soll unser Modell auf den vollständigen fünfdimensionalen Raum erweitert werden. In diesem molekularen System möchten wir universale 1- und 2-bit Quantengatter implementieren und damit verbunden den Einfluss der passiven Qubits studieren. Die noch offenen Fragen zur Dekohärenz, Fehlerkorrektur und Realisierbarkeit der Pulsstruktur sind weitere wichtige Punkte in unserem Programm.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1078: Quanten-Informationsverarbeitung