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Prozessorgeflüster

Von Sommer, Quanten und Blasen

Trends & News | Prozessorgeflüster

Jede Menge Fortschritte bei den Quantenrechnern: Passenderweise sollen diese ja in einigen Jahren herkömmliche Verschlüsselungen im Nullkommanichts knacken, andererseits soll die Quantenkommunikation aber auch Schutz vor jeglicher Art von unbemerkter Beschnüffelung bieten.

Während die massive Beschnüffelung durch NSA, GCHQ, DGSE, KGB, BND und andere solcher drei- und vierbuchstabiger Einrichtungen weiterhin das beherrschende Sommerthema bleibt – so auch in dieser c’t ab Seite 112 –, tauchte zur Ablenkung in Schottland mal wieder Nessie auf. Vielleicht waren die vielen Nessie-Sichtungen auch nur verkleidete U-Boote diverser Geheimdienste beim Anzapfen irgendwelcher Datenkabel oder Sean Connery im Tarndress – der war drei, als das vor nunmehr 80 Jahren begann. Doch die Geologen haben derweil eine andere, ziemlich profane Erklärung für das Phänomen gefunden, nämlich seismische Blasen …

An der klassischen Prozessorfront ist jedenfalls sommermäßig auch nicht viel los – außer vielleicht, dass Intels Cheftechnologe Justin Rattner in seinen verdienten Ruhestand geht – und so haben sich diverse Forschergruppen das Sommerloch geschnappt, um es wie die genannten Geologen mit spektakulären Meldungen zu füllen, allen voran die Quantenmechaniker.

Spins …

In der Zeitschrift Nature berichtete nun Professor Mario Ruben vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) über beeindruckende Ergebnisse im Bereich der Spintronik bei magnetischen Molekülkomplexen. Die Karlsruher packten ein Metallatom Terbium in einen Mantel von rund 100 Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffatomen, legten über Kontakte eine Spannung an und konnten dann über Magnetfelder den Spin des Terbium-Atoms gezielt steuern. So ein „Spin-Transistor“ speicherte bis zu 20 Sekunden seinen Zustand – geradezu eine Ewigkeit für quantenmechanische Vorgänge.

Schon in der vorigen Nature-Ausgabe ging es um Quantencomputer. Dort berichten Lin Li und Alex Kuzmich vom Georgia Institute of Technology über Erfolge bei der robusten Kopplung von Licht und Materie. Das ist eine Voraussetzung für ein effizientes Quantennetzwerk, um Informationen zwischen Materie und Licht auszutauschen.

Auch Natures Konkurrenzmagazin Science konnte mit einem Sommer-Highlight aus dem Bereich der Quantenoptik aufwarten, nämlich mit einem volloptischen Transistor. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben es geschafft, in einem präzise abgestimmten optischen Resonator einen Lichtstrahl von bis zu hundert Photonen über ein einzelnes Gate-Photon zu steuern, just so wie es das Basis-Gatter mit dem Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines herkömmlichen Transistors ermöglicht. Die Physik hinter dem optischen Transistor ist zwar quantenmechanisch, aber statt mit komplexen verschränkten Zuständen und Qubits zu hantierten, hofft man, auf diesem Wege „normale“ Gatter zu realisieren – jedoch weit schnellere und energiesparendere als bei derzeitigen Halbleitern.

… und Qubits

Bei den Qubits gehts auf recht unterschiedlichen Wegen kräftig voran. So hatte Prof. Jian-Wei Pan von der University of Science and Technology in China (USTC) – gleichzeitig auch Professor in Heidelberg – im Juni vermeldet, mit vier verschränkten Photonen in einem System aus Strahlteilern, Prismen und Spiegeln richtig gerechnet zu haben. Damit konnte er in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Toronto und Singapur die lineare Gleichung 3x + y = 2 und x + 3y = 0 lösen. Okay, das schafft man noch im Kopf und sogar exakt – die Quantenrechner lösen so etwas üblicherweise nur mit hoher Wahrscheinlichkeit.

Ein weiterer Quantensprung gelang australischen Forschern der University of New South Wales in Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Sandia National Lab. Sie experimentieren mit Phosphoratomen in Silizium-Chips und können nun deren Spins beliebig beeinflussen.

Am weitesten fortgeschritten bei den Qubits scheint jedoch weiterhin die kanadische Firma D-Wave zu sein, die bislang als einzige die Technik kommerziell vermarktet, jetzt mit dem D-Wave Two mit 512 Qubits. Bis 2014 will D-Wave die nächste Rechnerversion mit 2048 Qubits fertig haben. Google, die NASA und die USRA (Universities Space Research Association) gehören zu den Kunden. Die drei Firmen beziehungsweise Institutionen arbeiten in der Quantum Computing Research Collaboration zusammen. Die NASA hatte sich sehr früh bei D-Wave engagiert und sich an der Chipfertigung beteiligt. Google arbeitet schon seit mehreren Jahren an Quantenalgorithmen, insbesondere zur Bilderkennung. Forscher der Havard University konnten zudem erfolgreich Software zur Proteinfaltung ausprobieren und etliches mehr.

Die Rüstungsfirma Lockheed Martin war die erste, die vor zwei Jahren einen D-Wave-Rechner mit 128 Qubits erstanden hat. Der ist inzwischen auf 512 Qubits aufgerüstet. Der wissenschaftliche Direktor stärkte der umstrittenen Firma D-Wave erheblich den Rücken. Der Rechner sei klar ein quantenmechanisches System, optimiert für Optimierungsprobleme. Lockheed-Forscher haben für ihn auch eine Software entwickelt, die mit klassischen Turing-artigen Maschinen gar nicht zu realisieren wäre, nämlich einen Algorithmus zum Nachweis der Korrektheit von Software.

Es versteht sich, dass auch die amerikanischen Geheimdienste und ihre Datenzulieferer an D-Wave interessiert sind. So gehören Q-Tel, der Hightech-Fonds des US-Auslandsnachrichtendienstes CIA sowie Amazon-Gründer Jeff Bezos zu den Investoren.

Zwar weiß man immer noch nichts über die Performance der D-Wave-Quantenrechner, aber dank der gemeldeten Erfolge und des Engagements von Lockheed, NASA, Google und Co. stieg das Ansehen von D-Wave in letzter Zeit stark an. Das renommierte Magazin IEEE Spectrum hat bei der letzten Patentbegutachtung sogar D-Wave auf Platz vier im Bereich Computer-Systeme gehievt – nur übertroffen von den Kolossen IBM, HP und Fujitsu.

Bei so vielen Erfolgsmeldungen will sich auch ein Altmeister der Szene nach langer Pause mal wieder zu Wort melden: Microsoft-Gründer Bill Gates. Auf dem Microsoft Research Faculty Summit 2013 Mitte Juli hält er die Keynote zum Thema „Beitrag des Computings zur Verbesserung unserer Welt”. Hierbei soll es auch um Quantenrechner gehen. Ob man das blitzschnelle Knacken von Verschlüsselungen mit zu den Verbesserungen hinzurechnen kann, sei mal dahingestellt. (as)


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