IBM meldet Durchbruch bei Quantencomputern

Allerdings läuft der angeblich beste derzeit verfügbare Quantencomputer gerade einmal auf 5 Atomen

Wissenschaftler der Stanford University, der University of Calgari und von IBM Research haben im Rahmen des NMR Quantum Computation Project derzeit mächtigsten Quantencomputer gebaut, der fünf Atome benutzt, um Daten zu speichern und zu verarbeiten, und Berechnungen ausführt, die mit traditionellen Computer nur schwerer und weitaus langsamer zu bewerkstelligen sein würden.

Isaac Chuang von IBM mit einem Quantencomputer - zumindest einem Teil, nämlich dem Röhrchen mit dem Molekül

Quantencomputer sind bislang noch eher theoretische Gebilde. Sie basieren darauf, den Spin eines Atomkerns oder eines Elektrons zur Speicherung von binären Daten zu verwenden. Die sich um ihre Achse entweder nach oben oder nach unten drehenden Elementarteilchen können als O und 1 definiert werden. Eine Sequenz sich drehender Teilchen kann also eine Zahl darstellen. Die besondere Eigenschaft der Quantenphysik ist aber, dass unbeobachtete Teilchen sich gleichzeitig in zwei Richtungen drehen können, was man eine Überlagerung oder eine Superposition nennt. Eine Überlagerung erzielt man, indem man einen schwachen Energie-Impuls auf die Teilchen abfeuert, die unbeobachtet dann in eine Superposition geraten. Bei dem IBM-Quantencomputer werden die durch Radiowellenimpulse programmiert und mit einem Kernspinresonanzapparat abgelesen.

Hat man einen Quantencomputer aus fünf Atomen, so können sie alle möglichen Kombinationen aus den Spins einnehmen bzw. von 0 und 1 darstellen. Das ergäbe 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 32 Zustände oder ebenso viele Zahlen, weswegen ein Quantencomputer eigentlich ein Parallelrechner ist. Diese sich überlagernden Zustände werden Quantenbits oder QuBits genannt, die aber nur erzielt werden können, solange das Quantensystem in keinem Kontakt zur Umgebung steht.

Während man bei herkömmlichen Computer eine Zahl nach der anderen eingeben oder erst eine Frage lösen muss, um dann zur nächsten zu kommen, können bei Quantencomputern gleichzeitig mehrere Zahlen oder Fragen eingegeben werden, wobei der Computer in eine Superposition der Zustände übergeht, im Fall des 5-QuBits-Computers wären das 32 Zahlen. Die Wissenschaftler haben ihren Quantencomputer mit dem Molekül aus fünf Atomen daher auch zu einer Berechnung benutzt, bei denen dieser den herkömmlichen Computern überlegen sind, nämlich zum Herausfinden der Periode einer bestimmten Funktion. Wofür ein herkömmlicher Computer vier Berechnungen hätte ausführen müssen, habe der Quantencomputer bereits in einem Schritt gefunden.

Das zu lösende Problem vergleichen die Wissenschaftler damit, von einer Anzahl von Räumen mit einer ebenso großen Anzahl von zufällig verteilten Einbahnstraßen zwischen ihnen auszugehen und dann mit der geringsten Zahl von Schritten zu berechnen, wieviele Wege mindestens durchlaufen werden müssen, um wieder zum Anfangsraum zurückzukehren.

"Ein Quantencomputer könnte letztendlich für praktische Zwecke wie einer Suche in Datenbanken verwendet werden. Beispielsweise könnte sich die Suche im Web erheblich beschleunigen", sagt Isaac Chuang von IBM Research, der das Wissenschaftlerteam geleitet hat. "Aber wahrscheinlich kann er nicht für normalere Aufgaben wie Textverarbeitung eingesetzt werden." Wohl aber könnten Quantencomputer im Bereich der Kryptographie eine entscheidende, sogar revolutionäre Rolle spielen. Mit Quantencomputern, die dann allerdings einige QuBits mehr haben müssten, könnten astronomisch hohe Zahlen in ihre Faktoren zerlegt werden, womit sich schnell alle herkömmlichen Verschlüsselungen knacken ließen. Mit der Quantenkryptographie könnte man aber nicht alle existierenden Verschlüsselungen knacken, sondern auch etwas so verschlüsseln, dass selbst ein mächtiger Quantencomputer keine reale Chance mehr hätte, den Code zu knacken. Kein Wunder also, dass auch die NSA und das Verteidigungsministerium - DARPA - die Forschung über Quantencomputer unterstützen. Noch aber muss unter anderem gelöst werden, wie Quantenkryptographie über große Entfernungen funktionieren kann.

Chuang, der bereits 1998 den ersten 2-QuBits- und 1999 den ersten 3-QuBites-Quantencomputer vorgeführt hat, äußert die Hoffnung, dass Quantencomputer dann ins Leben treten werden, wenn das Mooresche Gesetz endet. Und das wird für ihn etwa im Jahr 2020 sein, wenn die Schaltkreise so groß wie Atome oder Moleküle werden. Mindesten noch zwei Jahre werde es brauchen, bis man Quantencomputer mit 7-10 QuBites bauen könne.

http://www.heise.de/tp/artikel/8/8549/1.html