Quantencomputer rücken näher

Physiker der Universität Yale haben unter Beteiligung von Forschern der Technischen Universität Wien (TU) einfache Rechnungen mit supraleitenden Quantencomputerchips durchgeführt.

Diese auf den Grundlagen der Quantenmechanik aufbauende Versuchsreihe lässt den Bau von Quantencomputern wieder realistischer erscheinen. Wenn ein Computerchip nicht nur mit Null oder Eins arbeiten, sondern jegliche Überlagerung von Null und Eins gleichzeitig annehmen würde, könnte er auch mit jeder Überlagerung gleichzeitig rechnen. So könnten über die Erzeugung elektronischer Quantenüberlagerungen alle möglichen Rechenoperationen parallel ausgeführt werden, was einer Vervielfachung der Rechenleistung herkömmlicher Computer gleichkommen würde.

„Wir probieren unseren Ansatz gerade einmal aus. Es lässt sich aber immer noch nicht einschätzen, wann eine industrielle Herstellung leistungsfähiger Quantencomputer realisiert werden könnte“, sagt Johannes Majer, Projektassistent vom Atominstitut der TU Wien, im Gespräch mit pressetext. Im Vergleich mit der Entwicklung von herkömmlichen PCs stehe man sicher noch vor der Entwicklung von Konrad Zuses mechanischem Rechenwerk Z1 aus dem Jahre 1937.

In supraleitenden Schaltkreisen werden bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt elektronische Quantenüberlagerungen erzeugt. „Das zentrale Problem dabei ist, dass die Quantenzustände auf den Chips sehr fragil sind und nur für geringe Zeiträume aufrechterhalten werden können“, gibt Majer zu bedenken. An der Universität Yale wurden zwei Quantenbits auf einem Chip gekoppelt, was einfachste Rechenoperationen ermöglichte. „Wir verschränken die Quanten-Zustände auf Schaltelementen, die etwa einen Drittelmillimeter groß und mit freiem Auge noch erkennbar sind“, meint Majer.

Mithilfe von Mikrowellenpulsen mit einer Frequenz von sechs Gigahertz werden Zustandveränderungen herbeigeführt bzw. die Rechenoperationen innerhalb einer Millionstelsekunde ausgeführt. In anderen Systemen ließen sich die Quantenzustände zwar länger konservieren, die supraleitenden Chips hätten jedoch den Vorteil, dass die Quantenzustände entsprechend rasch verarbeitet werden, heißt es seitens der Wissenschafter.

Durch die unter der Leitung von Rob Schoelkopf, Professor für angewandte Physik an der Universität Yale, nun durchgeführten Rechenoperationen konnte bewiesen werden, dass Quanten-Rechungen in supraleitenden Computerchips dem Grunde nach realisierbar sind. „Die Quantenbits verhalten sich dabei nach der Schrödingergleichung“, ergänzt Majer.

In Zukunft ist die Entwicklung von komplizierteren Quanten-Chips, die eine Verschränkung einer größeren Anzahl von Quantenzuständen erlauben würden, zu erwarten. Aufgrund zahlreicher darüber hinausgehender Probleme wie etwa der erforderlichen Kühlung wird jedoch noch viel Zeit vergehen, bis leistungsfähige Quantencomputer gebaut werden.