Forscher nähern sich Quantencomputer

Den Müncher Grundlagenforschern Immanuel Bloch und Theodor Hänsch vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität ist ein nach eigenen Angaben entscheidender Schritt auf dem Weg zur Realisierung eines Quantencomputers gelungen.

Den Forschern ist es demnach gelungen, die Materiewelle eines Bose-Einstein-Kondesates aufzubrechen und die einzelnen Atome in ein Lichtgitter aus Tausenden von laserpinzettenartigen Mikrofallen zu laden.

Das Bose-Einstein-Kondensat ist neben den Aggregatzuständen fest, flüssig, gasförmig und Plasma eine neuartige Form von Materie, so die Forscher. Wenige Grade über dem absoluten Nullpunkt verlieren einzelne Atome eines Gases ihre Eigenständigkeit und verhalten sich wie ein einziges, quantenmechanisches Objekt, eine Art "Superatom". In diesem Zustand haben alle Atome dieselben physikalischen Eigenschaften.

Anders als bei herkömmlichen Computern, bei denen eine Rechnung nach der anderen abgearbeitet werden muss, könnten Quantencomputer viele Operationen gleichzeitig ausführen.

Supercomputer und Quantenphysik

Lichtgitter aus 100.000 Atomen

Das Lichtgitter aus mehr als 100.000 Atomen, mit einem Atom in jedem Gitterplatz, ist ein ideales quantenmechanisches Rechengitter. Jedes einzelne Atom in diesem Gitter ist dabei ein so genanntes Quanten-Bit [Q-Bit] mit zwei internen Zuständen null und eins.

Um die isolierten Quanten-Bits miteinander in Wechselwirkung zu bringen, bedienten sich die Forscher eines "Quanten-Förderbandes". Wählt man bei einem Laser geeignete Werte für Frequenz und Polarisation, kann man ein Atom im Zustand null nach links und im Zustand eins nach rechts schicken.

Eine Eigenschaft der Quanten-Bits ist jedoch, dass sie sich nicht nur im Zustand null oder eins befinden können, sondern auch in einem "Überlagerungszustand". Schaltet man das Quantenförderband ein, so spaltet sich das Atom und bewegt sich gleichzeitig nach links und nach rechts.

Kontrollierte Stoßwechselwirkung
Befinden sich zwei Atome an einem Gitterplatz, kommt es zu einer kontrollierten Stoßwechselwirkung. Durch diese Kette von gleichzeitigen atomaren Wechselwirkungen entstehen Korrelationen zwischen Atomen und ein hochparalleles Quantengatter-Netzwerk.

Max-Planck-Institut