Wie photonische Quantencomputer funktionieren

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Licht war der Menschheit lange ein Rätsel. Mehrmals hat sich im Laufe der Zeit die Vorstellung geändert, ob Licht nun aus Wellen oder Teilchen besteht. Die Quantenphysik lehrte uns vor knapp hundert Jahren, dass Licht tatsächlich beides ist. Manchmal wabert es wie eine Welle durch den Raum, in anderen Experimenten verhält es sich wie ein Strom winziger Teilchen.

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• Viele Firmen setzen auf kleinste Teilchen aus Materie, um Qubits – die Grundbausteine von Quantencomputern – zu konstruieren: Atome, Ionen oder winzige Schaltkreise. Einige Entwickler nutzen hingegen einzelne Lichtteilchen, die Photonen, um Informationen zu kodieren.
• Photonen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und eignen sich ideal dafür, Informationen über lange Strecken zu übertragen, etwa für die Quantenkommunikation oder um Quantencomputer zu vernetzen.
• Das Problem ist, dass Lichtteilchen nicht miteinander wechselwirken. Um trotzdem mit ihnen zu rechnen, nutzen Physiker ausgeklügelte Experimente und besondere Quanteneffekte.

In den letzten Jahrzehnten haben Physikerinnen und Physiker es geradezu perfektioniert, die Grundbausteine von Licht, die sogenannten Photonen, nach ihren Regeln spielen zu lassen. Sie können sie auf Knopfdruck erzeugen, einsperren, verschicken und gar von ihren Eigenschaften trennen. Nun arbeiten Forschende daran, dem Licht ein neues Kunststück beizubringen: Photonen sollen beim Rechnen helfen.

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Als Qubits in photonischen Quantencomputern könnten sie eine bislang unerreichbare Rechenleistung ermöglichen. Entwickler verfolgen verschiedenste Ansätze, um Quantenrechner zu realisieren: Atome, Ionen, supraleitende Schaltkreise, und noch einige mehr. Photonen waren dabei bislang kaum mehr als eine Randnotiz. Dies könnte sich aber bald ändern, denn die Forschung macht schnelle Fortschritte und die Lichtteilchen versprechen einige Vorteile gegenüber anderen Materialien.

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