Forschung zu Quantencomputern: Ein Tüv für die Zukunftsrechner

Extrem beschleunigte Rechenleistungen: Das erhofft man sich von Quantencomputern, mit denen sich etwa die Früherkennung von Krebs durch KI-Systeme vereinfachen oder Kommunikationsnetzwerke verbessern ließen. Doch bislang können Quantencomputer nur extrem simple Aufgaben bewältigen – oder sie machen Fehler. Ein Team um den Quantenphysiker Jens Eisert von der FU Berlin hat jetzt einen Weg entwickelt, um Qualität solcher mit sogenannten Qu-Bits operierenden Rechnern zu testen.

Die Erkenntnisse veröffentlichte das Team, an dem auch Wissenschaftler:innen vom Helmholtz-Zentrum Berlin, der TU München sowie Instituten im Ausland beteiligt waren, jetzt in „Nature Communications“. Anders als mit 0 und 1 wie bei üblichen Computern basieren die Recheneinheiten bei Quantencomputern auf Atomen oder Ionen, die Eisert als „kontrollierte, winzige physikalische Systeme“ beschreibt. Schwachpunkten der Quanterechner seien hingegen, wie Eisert in einer FU-Mitteilung zum Projekt erläutert, dass, sie sehr anfällig für „Störeinflüsse“ in der Umgebung seien. Sie müssten daher „hinreichend von der Umgebung abgeschirmt“ sein.

Zufällige Schaltkreise prüfen

Zur Qualitätsprüfung schlägt das Team vor, zufällige Messungen an Quantenschaltkreisen vorzunehmen. Daran lässt sich Eisert zufolge erkennen, „wie gut elementare Gatter, also Recheneinheiten, arbeiten, welche Störeinflüsse vorliegen oder ob bestimmte Teile ungewollt miteinander wechselwirken“. Die Metapher, die der FU-Physiker zur Erklärung nutzt, verdeutlicht, auf welcher Abstraktionsebene sich die Forschung bewegt. Vergleiche man den Test mit dem TÜV beim Auto, wäre das Verfahren, „als würde man mit dem Waschlappen zufällig mit ein paar fahrigen Bewegungen über das Auto gehen und würde so herausfinden, ob der Motor funktioniert, die Scheibenwischerflüssigkeit gefüllt ist und die Bremsen richtig eingestellt sind“.

Berlin gilt als starker Forschungsstandort beim Thema Quantentechnologien und Quantencomputing. Vor einigen Jahren wurde dafür die „Berlin Quantum Alliance“ gegründet, in der verschiedenen Initiativen mit zusätzlichen Landesmitteln gefördert werden. Erst kürzlich gingen millionenschwere Vorhaben in dem Bereich nach Berlin.

Eisert gehört dabei zu den Spitzenvertretern seines Faches, er erhielt in diesem Jahr eine Förderung des Europäischen Forschungsrates. Auf dem Feld herrscht weltweit große Konkurrenz: Auch die USA und China investieren hohe Summe. Auf Bundesebene gab es jetzt allerdings einen Rückschlag: Das Forschungsministerium kündigte an, 200 Millionen Euro an geplanten Mitteln für die Entwicklung von Quantencomputern zu streichen.