Forscher tüfteln am Quantencomputer
Bisher ging es bei der Weiterentwicklung von Computern hauptsächlich um zwei Ziele: schneller und kleiner.
Mit dem Quantencomputer, der in Physiklabors bereits auf einfachem Niveau läuft, steht erstmals seit Jahrzehnten "ein völlig neues Paradigma" an, so Peter Zoller, theoretischer Physiker am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation [IQOQI] der Akademie der Wissenschaften [ÖAW] in Innsbruck.
Das neue Konzept geht vom herkömmlichen Ja-Nein-Schema als Grundbaustein von Information ab und macht sich die Eigenschaften der Quantenwelt nutzbar.
Mit der gewohnten Erscheinung eines PC haben Quantenrechner - noch - nichts gemein. Vielmehr sind sie ein scheinbar unüberschaubares Gewirr aus Lasern, Prismen, Detektoren und Lichtleitern auf quadratmetergroßen Tischen.
Institut für QuanteninformatikUnendlich viele Zustände
Im Gegensatz etwa zu magnetischen oder sonstigen Speichern herkömmlicher Computer kann ein einzelnes Teilchen in der Quantenwelt nicht nur zwei Zustände [Ja/Nein bzw. beim Bit 0 und 1], sondern mehr oder weniger beliebig viele annehmen.
Ein so genanntes Quanten-Bit oder kurz Qubit genannt, ist nicht nur 0 oder 1, sondern kann unendlich viele Zustände zwischen diesen beiden Werten einnehmen, ein Effekt, den man auch Überlagerung nennt. Man kann quasi sowohl 0 als auch 1 gleichzeitig in einem Qubit speichern.
Qubits kann man zum Beispiel mit einzelnen Atomen darstellen. Konkret wird das Atom mit Laserlicht bestrahlt, dann kann ein Elektron von 0 [niedere Bahn] nach 1 [höhere Bahn] angehoben werden und umgekehrt.
Dies eröffnet die Möglichkeit, ein Qubit zu manipulieren und somit Rechenoperationen am einzelnen Qubit auszuführen.
In ähnlicher Art lassen sich Qubits auch durch den Spin [Eigendrehimpuls] eines Elektrons im Atom oder durch zwei Polarisationsebenen eines einzelnen Photons [Lichtteilchen] realisieren.
Nächster Schritt zum QuantencomputerSerienfertigung in ferner Zukunft
Bis wann der Quantencomputer als serienfertiges Gerät auf Büro- oder sonstigen Tischen stehen wird, wagt derzeit jedoch kaum ein seriöser Quantenforscher zu schätzen. Die Entwicklungen sind derzeit noch fest in Händen der Grundlagenforscher.
Für Zoller bestehen keine Zweifel, dass das neue Rechner-Konzept kommen wird. Die Quantentheorie ist zwar eine große technische Herausforderung, fundamentale Stolpersteine sind aus Sicht des Theoretikers aber nicht absehbar.
Verschiedene Ansätze
Denn bis heute ist noch nicht einmal geklärt, welche Quanten - ob Lichtteilchen, Elektronen oder auch geladene Atome - sich am besten eignen und in welchen Fallen sie gleichsam gezähmt und damit zum Rechnen nutzbar gemacht werden können.
Mehr oder weniger viel versprechende Versuche laufen in verschiedene Richtungen, Zoller hält auch ein Zusammenfließen der verschiedenen Konzepte für möglich.