27.10.2005

IQOQI

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.

Unendlich 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.

Serienfertigung 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.