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Drei mal fünf ist fünfzehn

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Wissenschaftlern am IBM Forschungszentrum in Almaden ist es erstmals gelungen, die Faktorisierung einer Zahl mit einem Quantencomputer zu berechnen. Die Wissenschaftler, die ihre Arbeit in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature beschreiben (Experimental realization of Shor's quantum factoring algorithm using nuclear magnetic resonance, Nature Vol 414, S. 883) haben einen Algorithmus realisiert, den der Wissenschaftler Peter Shor bereits 1994 theoretisch ausgearbeitet hatte.

Quantencomputer arbeiten mit Qubits statt mit Bits. Ein Qubit nimmt beide binären Zustände gleichzeitig ein; eine Rechenoperation an einem Register aus Qubits wirkt auf alle Werte gleichzeitig. Dumm nur, dass jedes Auslesen des Ergebnisses die Gleichzeitigkeit (oder Superposition) auf einen einzigen Wert reduziert. Um trotzdem die Leistungsfähigkeit des Quantenrechners zu erhalten, sind deshalb neue Algorithmen notwendig, bei denen das Endergebnis gewissermaßen alle Lösungen enthält. Einer davon ist der Faktorisierungsalgorithmus von Shor.

Die kleinste Zahl, für die Shors Algorithmus ein sinnvolles Ergebnis liefert, ist 15, wofür ein Sieben-Qubit-Quantencomputer nötig ist. Die Hardware des IBM-Quantencomputers besteht aus maßgeschneiderten Molekülen mit sieben Atomen, die den Spin 1/2 besitzen. Diese Spins repräsentieren die so genannten Qubits -- Überlagerungen zweier Quantenzustände, die gleichzeitig zwei Variablenwerte repräsentieren. Die "Software" des IBM-Quantencomputers besteht aus einer Abfolge von Hochfrequenz-Impulsen; aus dem NMR-Spektrum können die Wissenschaftler zum Schluss das Ergebnis der Operation ablesen.

"Dieses Ergebnis beweist einmal mehr, dass Quantencomputer eines Tages möglicherweise in der Lage sein werden, Probleme zu lösen, die so komplex sind, dass auch die mächtigsten Supercomputer in Milliarden von Jahren diese nicht zu lösen im Stande wären", so Nabil Amer, Manager und Strategist der IBM-Forschungsgruppe "Physics of Information". (wst)