Ionenfallen-Quantencomputer Teil 1: 1-Qubit-Gatter

Abstract

Ionen sind eine vielversprechende Möglichkeit Qubits physisch zu realisieren. Im vorliegenden Text wird die Physik von 1-Qubit-Gattern für den Einsatz in Quantencomputern auf der Basis von ionischen Qubits sehr ausführlich erläutert. Um die Diskussion möglichst einfach zu halten, werden die Ionen mechanisch als starre Rotoren behandelt. Das diskutierte System eignet sich im Übrigen hervorragend, um wichtige elementare Methoden der Quantenphysik an einem praxisnahen Anwendungsbeispiel einzuüben. Aus didaktischen Gründen wird, entgegen der üblichen Vorgehensweise typographisch zwischen Zuständen und Operatoren einerseits und Spaltenvektoren und Matrizen andererseits, unterschieden. Der Artikel richtet sich an Leser mit Grundkenntnissen in der Quantenphysik, also an solche, denen die Begriffe Schrödingergleichung, Wellenfunktion, Bra und Ket, Paulimatrizen und dergleichen vertraut sind. Auch rudimentäre Kenntnisse über Quantencomputer werden vorausgesetzt.