Hardware für Quantencomputer

Warum kann die Quantenfehlerkorrektur nicht einfach den klassischen Ansatz übernehmen, drei Kopien der Daten anzulegen und per Mehrheitsentscheid zu korrigieren?

  1. AEin unbekannter Quantenzustand lässt sich nicht exakt kopieren (No-Cloning-Theorem), und eine Messung zur Prüfung seines Werts zerstört die Superposition
  2. BEin Qubit nimmt nur die beiden Werte 0 und 1 an, daher ist ein Mehrheitsentscheid sinnlos
  3. CQubit-Fehler sind nur Bitflips, daher lassen sie sich ohne Kopien durch ein einzelnes Paritätsbit korrigieren
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Antwort: A. Ein unbekannter Quantenzustand lässt sich nicht exakt kopieren (No-Cloning-Theorem), und eine Messung zur Prüfung seines Werts zerstört die Superposition

Nach dem No-Cloning-Theorem gibt es keine Operation, die einen unbekannten Quantenzustand α|0⟩ + β|1⟩ exakt auf ein anderes Qubit kopiert. Die Qubits, die die Daten tragen, direkt zu messen, würde außerdem die Superposition zerstören. Die Quantenfehlerkorrektur verteilt die Information eines logischen Qubits daher auf einen verschränkten Zustand mehrerer physikalischer Qubits und misst mit Hilfsqubits nur Hinweise auf die Fehler (das Syndrom), etwa die Parität benachbarter Qubits. Zu den Qubit-Fehlern gehören neben Bitflips auch Phasenflips, und beide müssen erkannt werden.

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