Framework for universal NMR quantum computing using Heisenberg spin interaction

Quantencomputer, die auf Methoden der Kernspinresonanz (NMR) basieren, bildeten die ersten experimentellen Umsetzungen der Quanteninformationstheorie. Durch Drehungen der Kernspins in Molekülen, die durch magnetische Felder verursacht werden, kann man jede mögliche unitäre Operation auf Qubits mit Spin 1/2 ausführen. Da sich bisherige Veröffentlichungen auf die Ising Wechselwirkung zwischen Spins konzentrieren, wird die Theorie von NMR Quantencomputern in dieser Arbeit auf die Heisenberg Wechselwirkung übertragen. Um Pulsfolgen für Quantengatter in der Maschinensprache der NMR Quantencomputer (magnetische Felder) zu finden, wurde eine Methode entwickelt, die Milliarden von möglichen Pulssequenzen auf universelle Sätze von Quantengattern überprüft. Dieses Python Programm wurde optimiert um die kostspieligsten Berechnungen zu vermeiden und somit Folgen bis zu einer Länge von neun Pulsen zu untersuchen. Es wurde eine Pulsfolge gefun- den, die das CNOT Quantengatter mit der anisotropen Heisenberg Wechselwirkung implementiert. Bis zur Länge von neun Pulsen und unter der Annahme, dass nur einige diskrete Rotationswinkel möglich sind, wurde jedoch keine Pulsfolge für die isotrope Heisenberg Wechselwirkung gefunden. Es ist also möglich, das Konzept von NMR Quantencomputern auf die Heisenberg Wechselwirkung zu erweitern. Jedoch ist weiterhin unklar, ob man einen universellen Satz von Quantengattern auch im isotropen Falle implementieren kann.