Exploratory Round Table Conference in Shanghai zu Quanteninformationswissenschaft

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Die zweite „Exploratory Round Table Conference“ oder ERTC mit dem Thema “Quanteninformationswissenschaft” fand vom 2.-4. November im Shanghai Institute of Advanced Studies statt. Diese Konferenz ist die zweite einer jährlichen Konferenzserie, die Wissenschaftlern der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) sowie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Plattform bieten soll, gemeinsam mit international führenden Forschern neue und sich schnell entwickelnde Forschungsgebiete zu diskutieren und zu evaluieren. MPG und CAS wollen so Visionen entwickeln und Anstöße geben mit dem Ziel, in ihren eigenen Organisationen neue Forschungsthemen an der vordersten Front der Wissenschaft zu etablieren. Die ERTC Serie dient somit als ein zusätzliches Instrument, neue Prioritäten in der Weiterentwicklung des Forschungsportfolios beider Organisationen zu setzen.

In den vergangenen Jahrzehnten haben sich die Grundlagen der modernen Informationstechnik rasant verändert. Der starke Einfluss von Ideen aus der Quantenphysik hat eine ganz neue Generation von Bauelementen für die Quanteninformationsverarbeitung hervorgebracht und zu leistungsfähigen Quantenalgorithmen sowie neuartigen Möglichkeiten der Informationsübertragung geführt. Es entstand auf diese Weise die Quanteninformationswissenschaft.

Das Forschungsgebiet beschäftigt sich mit der Frage, ob es gelingen kann, neue Funktionen und höhere Rechenleistungen bereitzustellen, wenn bei Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationseinheiten, die als Quantenzustände kodiert sind, quantenmechanische Effekte ausgenutzt werden. Unter den spektakulärsten Erkenntnissen und Hypothesen finden sich die Quantenkryptographie, die die sichere Informationsübertragung über öffentliche Kanäle ermöglichen soll, und die Quanteninformationsverarbeitung. Diese verspricht, auf effiziente Weise Rechenprobleme zu lösen, die von der klassischen Informationsverarbeitung nicht bewältigt werden können. Quantencomputer ermöglichen sogar die Simulation von komplexen Quantensystemen selbst, indem sie die Beschränkungen der klassischen Informationsverarbeitung in Rechenzeit und Speicherkapazität aufheben.

Einige der grundlegenden Herausforderungen für die Weiterentwicklung der Quanteninformationswissenschaft liegen im Aufbau von beherrschbaren und skalierbaren Quantensystemen, die nicht einzelne, sondern multiple Quantenbits für Quantencomputer oder Quantensimulatoren realisieren, sowie in der Kopplung solcher Systeme in Quantennetzwerken. Der erreichbare Grad der Steuerbarkeit hängt davon ab, inwieweit die individuellen physikalischen Objekte, die als Informationsträger genutzt werden (etwa einzelne Atome oder einzelne Photonen), beliebig angesprochen, manipuliert und gekoppelt werden können. Die Kopplung von Atomen und Photonen, die Speicherung und das Auslesen einzelner Photonen als auch die Detektion von Quantenzuständen zwischen entfernten Objekten stellen notwendige Bausteine für zukünftige Quantenkommunikationsnetzwerke und Rechenwerke für die Quanteninformationsverarbeitung dar.

Diese ERTC möchte eine kritische Analyse der gegenwärtigen Ideen, Konzepte und Strategien der Quanteninformationswissenschaft durchführen. Die Ergebnisse werden die Grundlage für weitere Aktivitäten von CAS und MPG bilden.

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