Elektronenblase für Quanten-Supercomputer

Der Quantencomputer gilt als die große nächste Revolution in der Informationstechnologie – zumindest potenziell. Weijun Yao von der Brown University hat nun einen Vorschlag vorgelegt, um die phantastische Technologie noch weiter aufzubohren.

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Lesezeit: 6 Min.
Von
  • Jürgen Brück
Inhaltsverzeichnis

Der Quantencomputer gilt als die große neue Revolution in der Informationstechnologie. Mit seiner Hilfe ließen sich Berechnungen durchführen, die mit den schnellsten denkbaren herkömmlichen Rechnern unmöglich zu bewältigen sind. Obwohl man noch weit davon entfernt ist, in der Praxis anwendbare Maschinen bauen zu können, ist man auf dem theoretischen Sektor schon recht weit fortgeschritten: Man weiß, wie ein Quantencomputer aufgebaut sein müsste und es gibt auch schon erste Algorithmen, auf deren Grundlage sich Programme entwickeln lassen. Doch nun können die Wissenschaftler möglicherweise diese erste Generation von Quantencomputern bereits wieder ad acta legen, bevor sie jemals in der Praxis getestet wurden.

Die Informationen, die ein Quantencomputer verarbeiten soll, liegen in Form so genannten Quantenbits (Qubits) vor. Dabei könnte beispielsweise Atomkerne solche Qubits repräsentieren. Die Zustände, die der 1 bzw. der 0 beim klassischen Computer entsprechen, würden hier durch ihren Spin (+½ bzw - ½ ) bestimmt. Auch die Polarisationsrichtung von Photonen könnte hierzu herangezogen werden. Soweit erscheint die Angelegenheit noch nicht wesentlich neu, doch nun kommt mit der Superposition die Quantenphysik ins Spiel, denn das Qubit kann nicht lediglich die beiden Zustände annehmen, sondern auch die Überlagerung verschiedener Werte, also quasi gleichzeitig die 0 und 1. Damit ist es dem Quantencomputer nun möglich, eine sehr große Anzahl von Berechnungen parallel auszuführen. In Zahlen ausgedrückt bedeutet das: Dort, wo eine herkömmliches Gerät 32 Bit verarbeiten kann, ist ein Quantencomputer in der Lage, 2 hoch 32 , also mehr als vier Milliarden, Bits gleichzeitig zu verarbeiten. Man muss kein ausgesuchter Experte sein, um angesichts dieser Zahlen Verständnis für die Aufregung der Wissenschaftler aufbringen zu können.

Die experimentelle Umsetzung dieses theoretischen Wissens steckt jedoch zurzeit noch in den Kinderschuhen. Es lassen sich zwar einzelne Quantenzustände gezielt herbeiführen, sogar logische Gatter können realisiert werden und auch die Teleportation von Quantenzuständen – sie bilden die Grundlage für einige Quantenalgorithmen – ist bereits experimentell gelungen. Allerdings gibt es noch viele Hürden zu überwinden. So sind zum Beispiel die Quantenzustände der einzelnen Qubits noch viel zu flüchtig, um mit ihnen arbeiten zu können. Genau hier setzt eine Idee aus den Vereinigten Staaten an.