Ein TÜV für Quantentechnologien

Über kurz oder lang werden Quantentechnologien in den Alltag einziehen. Spätestens dann wird man ihre Funktionstüchtigkeit überprüfen müssen. Wie das geht, wissen Innsbrucker Physiker.

Für jede Technologie braucht man Protokolle, um zu überprüfen, ob sie verlässlich arbeitet und ob die Komponenten richtig zusammenspielen. Bei Quantentechnologien gibt es allerdings ein Problem: In der Welt der Atome, Moleküle und Lichtteilchen gelten ganz andere Regeln als in der makroskopischen Welt. So kann man beispielsweise Quanten nicht vermessen, ohne ihren Zustand ein wenig zu verändern.

Datenverarbeitung nach Quantenart

Abgesehen davon ist auch der abstrakte Raum, in dem man quantenmechanische Systeme beschreibt (die Physiker nennen das „Konfigurationsraum“), riesengroß. Ohne neue Ideen und Methoden wäre man in diesem riesigen Konfigurationsraum der Möglichkeiten verloren, betonen die Physiker um Rainer Blatt und Thomas Monz von der Uni Innsbruck.

In der von ihnen entwickelten Methode nutzen sie neue Ideen der Mathematik, bisher angwandt in der Signal- und Bildverarbeitung, auch bekannt als „compressed sensing“. Die Methode eignet sich zur Rekonstruktion von Bilddaten und lässt sich mit einem Zitat von Albert Einstein beschreiben, der einst sagte: „Not everything that can be counted counts ...“ (Nicht alles, was gezählt werden kann, zählt). Tatsächlich ist etwa der Informationsgehalt von Daten fast immer deutlich geringer, als deren Größe vermuten lässt.

Diese Idee haben die Wissenschaftler nun auf die Quantenmechanik übertragen: Dazu reihten sie einzelne Ionen wie auf einer Perlenkette auf und überprüften mittels „compressed sensing“ ihre quantenmechanischen Eigenschaften. Weitergedacht könnte aus solchen Methoden ein Prüfstand für die Präparation von Quantensystemen entstehen, gewissermaßen ein TÜV für die Quantentechnologien.

science.ORF.at/APA

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