Frage:

Was ist ein Quantencomputer?

Antwort:

In unserer Alltagswelt spielen die Gesetze der Quantenphysik kaum eine Rolle. Egal, ob der Bremsweg eines Autos oder die Flugbahn eines Fußballs berechnet werden soll – im Umgang mit solchen vergleichsweise „großen“ Objekten kommt man gänzlich ohne Quantenphysik aus. Doch im Kleinen, in der Welt einzelner Atome und Elektronen, regiert die Quantenphysik.

Diese Welt könnte in Zukunft auch für die Informationstechnologie von Bedeutung sein. Denn eine grobe Faustregel besagt, dass sich die Anzahl der Schaltkreise auf einem Computerchip alle 18 Monate verdoppelt. Einzelne Schaltkreise werden folglich immer kleiner – und das mit atemberaubender Geschwindigkeit. Setzt sich diese Entwicklung fort, wäre ein Schaltkreis in einigen Jahren kaum größer als ein einzelnes Atom. Um die Quantenphysik führte dann kein Weg mehr herum. Bereits in den 60er Jahren entstand aus dieser Vorhersage die spannende Idee, die Quantenphysik nicht als notwendiges Übel für die Informationstechnologie zu betrachten, sondern als Chance. Denn ein Quantencomputer – also ein Rechner der sich die speziellen Eigenheiten der Quantenwelt zu Nutze macht – wäre dem herkömmlichen Computer auf einigen Gebieten weit überlegen. So ist beispielsweise schon heute klar, dass ein Quantencomputer übliche Verschlüsselungen deutlich schneller knacken könnte als heutige Rechner. Das unglaubliche Potential des Quantencomputers beruht unter anderem auf einer Eigenheit der Quantenwelt: den überlagerten Zuständen. Der Nobelpreisträger Erwin Schrödinger verdeutlichte dieses Prinzip am Beispiel einer Katze, die in eine Kiste gesperrt wird. In Schrödingers Gedankenexperiment ist diese Kiste mit einem Mechanismus ausgerüstet, der zufällig ein giftiges Gas freisetzt. In unserer „normalen“ Welt befindet sich die Katze somit  entweder im Zustand „tot“ oder im Zustand „lebendig“ – je nachdem, ob das Gas bereits ausgetreten ist oder nicht. In der Quantenwelt sieht dies anders aus. Dort existiert die Katze in einem merkwürdigen Mischzustand aus tot und ebendig, einer Überlagerung. Ganz ähnlich funktioniert ein Quantencomputer. Ein einzelnes Bit kann nicht mehr nur die Werte 0 oder 1 annehmen wie beim herkömmlichen Rechner. Für ein so genanntes Qubit sind auch alle Mischzustände aus 0 und 1 möglich – und davon gibt es unendlich viele. Allein diese Überlegung lässt das gewaltige Potential des Quantencomputers erahnen: In einem einzelnen Qubit lässt sich viel mehr Information speichern. Doch trotz dieses Vorteils (und einigen weiteren): Ein Quantencomputer existiert noch nicht. Denn bisher ist noch unklar, wie sich das Konzept am besten praktisch umsetzten lässt. Während manche Forscher wie beim herkömmlichen Computer auf die Halbleitertechnik setzen, versuchen andere ihr Glück mit einzelnen Atomen, die in elektromagnetischen Feldern gefangen sind. In diesem Modell würde jedes Atom die Rolle eines Qubit übernehmen. Welches System sich durchsetzt? Da müssen wir abwarten.

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