Zauberer der Quantenwelt: Queen’s Lecture an der TU Berlin

Das menschliche Gehirn hat einige Mühe, die Quantenwelt zu begreifen. Ein Beispiel: Schießt man kleinste Teilchen wie Elektronen durch zwei Löcher in einer Platte, dann breiten sie sich dahinter als zwei kreisförmige Wellen aus. Die Wellen, die zugleich auch Teilchen sind, löschen sich gegenseitig aus oder verstärken einander, so wie Wellen in einem Teich. Noch verrückter: Schießt man einzelne Elektronen auf zwei Löcher, verhalten sich diese nicht etwa wie feste Kugeln, sondern auch sie verhalten sich wie Wellen. Hinter der Platte entsteht ebenfalls ein Wellenmuster.

Nach Ansicht der meisten Physiker:innen liegt das daran, dass sich die Elektronen in zwei „Wahrscheinlichkeitswellen“ aufteilen. Für jedes Loch beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron hindurchgeht, 50 Prozent - so erklärt es Winfried Hensinger im Vorfeld der „Queen’s Lecture“, die der Physiker am 8. November im Audimax der Technischen Universität halten wird.

Die Vortragsreihe wurde 1965 anlässlich des Besuchs von Königin Elizabeth II. eingeführt, es war ein Geschenk der Briten an Berlin. Nach einer Unterbrechung halten seit 1996 britische Forschende Vorträge zu wirtschaftlichen, kulturellen oder naturwissenschaftlichen Themen. In diesem Jahr geht es um die „Konstruktion der unglaublichsten Maschinen auf der Welt“ - um Quantencomputer.

Winfried Hensinger stammt ursprünglich aus Deutschland. Das Physik-Studium begann er in Heidelberg, promovierte aber in Australien. Nach einem Aufenthalt in den USA wechselte er 2005 an die University of Sussex in England.

Hensinger und sein Team verwenden für Quantencomputer Ionen, also elektrisch geladene Atome, die sie mit elektrischen Feldern an Ort und Stelle halten. Mithilfe von Mikrowellen können sie Elektronen in diesen Atomen auf höhere Energieniveaus anheben. Betrachtet man das Elektron vereinfacht als Teilchen, kreist es dann auf einer höheren Bahn um den Atomkern. Wählt man zwei bestimmte Bahnen aus, können diese mit den Werten 0 und 1 beziffert werden. Allerdings kann man die Dauer der Einstrahlung auch so wählen, dass nicht sicher ist, ob das Elektron angehoben wird. Im Quantenreich hat es dann weder den Wert eins noch null – sondern beide Werte mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit.

Der Quantencomputer kennt daher nicht nur die Werte eins oder null, und daraus ergeben sich gigantische Rechenkapazitäten. Um Rechner mit Millionen solcher Quantenbits zu konstruieren, entwickelt Hensinger eine Chiptechnologie, mit denen sich große Rechner modulartig aufbauen lassen und die einmal industriell in Serie gehen könnten.

Was ein solcher Computer einmal leisten wird? Sie könnten gewisse Probleme lösen, „für die auch der schnellste Supercomputer Millionen von Jahre bräuchte“, sagt Hensinger – in fast allen Industriesektoren. Den Bau von Quantencomputern wird er auch an der TU erklären. Garantiert für Laien verständlich, sagt er: „Diese Maschinen werden bald Realität und da brauchen wir junge Leute, die Lust haben, solche Maschinen zu entwickeln.“