Modellierung von in linearen Ionenfallen gespeicherten Quantensystemen zur Beschreibung der kohärenten und dekohärenten Dynamik in Hinblick auf die Realisierung eines kombinatorischen Q-Automaten

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Die Ionenfalle stellt einen vielversprechenden Prototyp einer Klasse von Systemen dar, mit denen eine Verarbeitung von Quanten-Information möglich ist. Anhand dieser konkreten Realisierung eines solchen "Quantencomputers" sollen aus dem zugeordneten physikalischen Modell heraus, das Grundlage für eine Analyse der gegebenen Wechselwirkungen ist, die verschiedenen Ebenen einer informationstheoretischen Beschreibung herausgearbeitet werden. Hierzu gehört die mathematische Beschreibung des Ionensystems in Relation zu spektroskopischen Untersuchungen, die Projektion der Dynamik auf zugeordnete Q-Bit-Systeme sowie eine Einbettung in geeignete phänomenologische Dekohärenzmodelle. Das quantenmechanische Verhalten des Systems bezüglich der internen Freiheitsgrade der Ionen und der kollektiven Schwingungsphänomene wird analysiert. Davon ausgehend soll ein Simulationssystem für einen kombinatorischen Q-Automaten auf der Basis der Ionenfalle entwickelt werden. Unter anderem sollen aus dieser detaillierten Beschreibungsebene heraus realistische Fehlermodelle entwickelt werden, die in Projekte zur Entwicklung spezieller Fehlerkorrekturmethoden (concatenated quantum codes) einfließen sollen. Eine Verallgemeinerung des Methodenapparats auf Systeme einer zukünftigen Nanoelektronik, die auf Halbleitern basieren wird, ist angestrebt.