Vorgang, bei dem ein Qubit durch Wechselwirkungen mit seiner Umgebung die Phasen- und Energieinformation seiner Superposition verliert und seine Quanteneigenschaften zerfallen. Seine Geschwindigkeit wird durch die Energierelaxationszeit T1 und die Dephasierungszeit T2 beschrieben.
Japanische Bezeichnung: デコヒーレンス
„Dekohärenz (Decoherence)“ kommt in 1 Übungsfragen aus 1 Themen vor, z. B. Hardware für Quantencomputer.
Fachgebiet: Hardware für Quantencomputer
T1 (die Energierelaxationszeit) ist die Zeitkonstante, in der ein Qubit in |1⟩ Energie verliert und nach |0⟩ zurückkehrt. T2 (die Dephasierungszeit) ist die Zeit, bis die Information über die relative Phase einer Superposition α|0⟩ + β|1⟩ verloren ist; wegen 1/T2 = 1/(2T1) + 1/Tφ gilt T2 ≤ 2T1 (Tφ ist die reine Dephasierungszeit). T1 wird durch Energiedissipation bestimmt und Tφ durch Schwankungen der Qubit-Frequenz, und beide werden durch kleine Wechselwirkungen mit der Umgebung verursacht.
Bei supraleitenden Qubits gehören zu den Hauptursachen dielektrische Verluste durch Defekte in Form von Zwei-Niveau-Systemen (TLS) in amorphen Oxiden an Oberflächen und Grenzflächen, über die Verdrahtung eindringendes thermisches Rauschen, Fluss- und Ladungsrauschen sowie Quasiteilchen, die entstehen, wenn die Supraleitung aufgebrochen wird. Es wurde auch berichtet, dass Strahlung wie kosmische Strahlung gleichzeitig Fehler auf großen Bereichen eines Chips verursacht. Bei Silizium-Spin-Qubits sind die Kernspins von ²⁹Si und Ladungsrauschen Probleme, bei Ionen und neutralen Atomen Laserrauschen und Magnetfeldschwankungen. Verbesserungen sind daher in der gesamten Hardware nötig, von Materialien und Fertigungsprozessen bis zu Abschirmung und Leitungsfiltern.
Entscheidend ist das Verhältnis der Kohärenzzeit zur Gatterzeit. Bei einem T2 von 100 µs und einer Gatterzeit von 50 ns beträgt das Verhältnis 2000, was eine grobe Obergrenze für die Zahl der Operationen angibt, die ohne Fehlerkorrektur möglich sind (in der Praxis kommen die Fehler der Gatter selbst hinzu). Die Quantenfehlerkorrektur ist die Technik, eine Rechnung fortzusetzen, während durch Dekohärenz verursachte Fehler erkannt und korrigiert werden; sie setzt voraus, dass die physikalische Fehlerrate deutlich unter der Schwelle liegt.
Antwort: B. Die charakteristische Zeit, in der der angeregte Zustand |1⟩ seine Energie an die Umgebung abgibt und in den Grundzustand |0⟩ zurückkehrt
T1 ist die Zeitkonstante des Vorgangs, bei dem ein in |1⟩ präpariertes Qubit Energie verliert und nach |0⟩ zurückkehrt; die Wahrscheinlichkeit, sich in |1⟩ zu befinden, nimmt etwa wie exp(−t/T1) ab. Bei supraleitenden Qubits ist die Hauptursache Energie, die in die Verdrahtung, das Substrat und Defekte an Oberflächen abfließt. Zusammen mit T2, der Zeit bis zum Verlust der Phaseninformation einer Superposition, gibt sie an, wie lange ein Qubit Information halten kann. T1 und T2 sind endlich wegen der Dekohärenz, bei der das Qubit mit seiner Umgebung wechselwirkt und seine Quanteneigenschaften verliert, und korrektes Rechnen erfordert Gatterzeiten, die viel kürzer als T1 und T2 sind.
Nein. Um Qubits zu steuern und zu messen, müssen sie mit der Außenwelt verbunden sein, und über diese Verbindungen wirkt auch die Umgebung auf sie ein. Bemühungen, die Kohärenzzeiten zu verlängern, werden daher mit Quantenfehlerkorrektur kombiniert, die die verbleibenden Fehler behebt.
Das allein entscheidet es nicht. Ionenfallen können Kohärenzzeiten von Sekunden oder länger haben, doch auch ihre Gatter sind langsam; zu vergleichen ist daher das Verhältnis von Kohärenzzeit zu Gatterzeit, zusammen mit der Gatterfidelität.
T1 und T2 sind endlich wegen der Dekohärenz, bei der das Qubit mit seiner Umgebung wechselwirkt und seine Quanteneigenschaften verliert, und korrektes Rechnen erfordert Gatterzeiten, die viel kürzer als T1 und T2 sind.
Welche Aussage beschreibt die Energierelaxationszeit T1 ein…Zeitkonstante Qubit (Quantenbit) Superposition (Quantensuperposition) Ionenfalle (Ion Trap) Josephson-Kontakt (Josephson Junction) NISQ Post-Quanten-Kryptografie (PQC) Quantenfehlerkorrektur (Quantum Error Correction) Quantengatter (Quantum Gate) Shor-Algorithmus