Wissen : Quantencomputer rückt näher

Mehrere Grundelemente auf Chip verknüpft

Christian Meier

Seit mehr als einem Jahrzehnt forschen Physiker an einem Rechner, der sich die Quantenphysik zunutze macht. Ein solcher Quantencomputer wäre wie ein Paar Siebenmeilenstiefel für das Lösen von bestimmten Rechenaufgaben. Was einen herkömmlichen Computer unzählige Rechenschritte kostet, könnte er in einem einzigen erledigen. Etwa das Suchen eines bestimmten Eintrags in einer unsortierten Datenbank. Ein Quantencomputer könnte sich gewissermaßen alle Einträge gleichzeitig anschauen, während der klassische Rechner einen Eintrag nach dem anderen prüfen muss.

Doch die Forscher nähern sich dem Quantencomputer nur mit Trippelschritten, der Durchbruch lässt auf sich warten. Nun vermelden zwei Physikergruppen aus den USA im Fachblatt „Nature“ (Band 467, Seiten 570 und 574) einen wesentlichen Fortschritt. Sie haben unabhängig voneinander drei Qubits auf einem supraleitenden Chip verknüpft.

Ein Qubit ist die kleinste Informationseinheit, mit der ein Quantencomputer rechnen soll. Anders als das Bit, das sich entweder im Zustand „Eins“ oder im Zustand „Null“ befindet, kann das Qubit die Zustände „Eins“ und „Null“ gleichzeitig einnehmen und mit ihnen rechnen. Daher soll der Quantencomputer Daten parallel verarbeiten können, die der PC der Reihe nach abarbeiten muss.

Auf den Chips der Forschergruppen um Leonardo DiCarlo von der Yale-Universität und von Matthew Neeley von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara bestehen die Qubits aus Inseln des supraleitenden Metalls Aluminium. Supraleiter verhalten sich nach den Regeln der Quantenphysik und sind daher als Qubits nutzbar. Die Supraleiter-Chips gelten als Kandidaten für die Grundbausteine von Quantenrechnern, da sie mit ähnlichen Verfahren hergestellt werden können wie konventionelle Chips.

Damit ein Quantencomputer Qubits zum Rechnen verwenden kann, müssen diese so miteinander verknüpft werden, dass sie einen gemeinsamen Quantenzustand bilden, Physiker sprechen von Verschränkung. Bislang war es auf supraleitenden Chips lediglich gelungen zwei Qubits miteinander zu verschränken. Ein solches Qubit-Paar könnte die fundamentalen logischen Operationen ausführen, die ein Quantenrechner braucht.

Die Verschränkung von drei Qubits betrachten die US-Forscher dennoch als wesentlichen Fortschritt, weil dadurch die Korrektur von Rechenfehlern möglich werde. Die Forscher um DiCarlo haben schon den ersten Schritt eines Fehlerkorrekturverfahrens demonstriert. Ein Quantencomputer wäre sehr anfällig für Fehler, weil die Qubits auf kleinste Störungen von außen, etwa durch Wärmestrahlung, sehr empfindlich reagieren und die gespeicherte Information verlieren.

Trotzdem wird der Quantencomputer noch auf sich warten lassen. Denn für einen leistungsfähigen Quantencomputer müssten viel mehr als nur drei Qubits verschränkt werden. Christian Meier

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