Quantenmaschinen bestehen aus einzelnen Atomen oder Lichtmoden und gehorchen der physikalischen Theorie der Quantenmechanik. Sie sind fähig, komplexe Systeme zu simulieren, die anders nicht nachgestellt werden können. „Daraus ergibt sich eine Frage, die nicht einer gewissen Ironie entbehrt“, sagt Prof Dr. Jens Eisert, Leiter der Arbeitsgruppe für Quanten-Vielteilchentheorie und Quanteninformation an der Freie Universität. „Wenn man nicht einmal herausfinden kann, was die Maschine intern tut, wie kann man dann ihre Funktionieren überhaupt überprüfen?“ Man könne die Richtigkeit des Ergebnisses ja nicht direkt berechnen. Dieses Paradoxon erinnere an die berühmte Antwort 42 im Kontext der Suche nach dem Sinn des Lebens und des Universums im Kultbuch Hitchhiker’s Guide To the Galaxy, erklärt Jens Eisert. Die Zahl 42 sei dort die Antwort, aber wie lautete die Frage, die der Rechner gelöst hat?

In dem in Nature Communications publizierten Fachaufsatz stellen die Wissenschaftler dar, wie sie dieses Paradoxon für eine große Klasse von Quantenmaschinen gelöst haben. Sie zeigen, wie die korrekte Präparation von Quantenzuständen in einer effizienten und experimentell freundlichen Weise zertifiziert werden kann. Die entwickelten Verfahren seien vor allem für optische Systeme geeignet, in denen einzelne Lichtquanten den Quantengesetzen gehorchen.

Die Forschung der Arbeitsgruppe Eisert wurde von der Europäischen Union (RAQUEL, SIQS, AQuS, Marie-Curie), dem Europäischen Forschungsrat (TAQ), dem Bundesministerium für Bildung und Forschung und der Studienstiftung gefördert.