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Kooperation mit Cambridge zu Quantencomputern – Stille Post auf höchstem Niveau

11.04.2013
Quantencomputer sind heute noch Zukunftsmusik, und doch ist die Forschung diesem Ziel wieder einen kleinen Schritt nähergekommen: Dr. Martin Geller vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) war als Gastwissenschaftler für ein Jahr an der Universität in Cambridge und hat zusammen mit den dortigen Forschern das fast perfekte Quantenbit erzeugt. „Nature Communications“ berichtet in seiner jüngsten Ausgabe über die Forschung in winzigsten Dimensionen.

Auch wenn heutige Computer scheinbar jede Information in kürzester Zeit liefern, stoßen sie doch bei extrem komplexen Vorgängen an ihre Grenzen. Die Suche nach neuen Primzahlen ist ein solcher Fall. Wenn man die größte bisher bekannte Primzahl betrachtet, die erst in diesem Jahr entdeckte 257885161-1, eine Zahl mit 17,4 Millionen Stellen, dann ahnt man, welche Leistung dahintersteckt.

Was beim ersten Lesen nach einer Spielerei für Mathematiker klingt, ist in Wirklichkeit hochkomplexer Bestandteil heutiger Verschlüsselungssysteme, zum Beispiel für das Onlinebanking und den neuen Personalausweis. Ein Quantencomputer könnte solche Berechnungen problemlos und schnell durchführen – zumindest in der Theorie, denn vom ersten Prototypen trennen die Wissenschaftler noch Jahrzehnte.

Klassische Computer speichern Informationen in Form von Nullen und Einsen, Quantencomputer dagegen könnten in ihren Informationseinheiten auch sämtliche Informationen zwischen den Zuständen „an“ und „aus“ behalten und daher viel mehr Information auf kleinstem Raum speichern und verarbeiten. Diese Informationseinheiten nennt man Quantenbits. Gespeichert werden sie in Quantenpunkten, wenige Nanometer großen Strukturen aus Halbleitermaterial. Damit eine Information hier erhalten und übertragen werden kann, ist es essenziell, dass zwei Eigenschaften unverändert bleiben: Amplitude und Phase. Das kann man sich vorstellen wie bei einer Welle im Meer: Sie bleibt so lange gleich, bis sie an einem Felsen bricht oder von einer Windböe beschleunigt wird. Danach ist sie unwiederbringlich verändert. Quantenbits sind wie Wellen extrem anfällig für Störungen von außen, daher ist es eine große Herausforderung, sie fehlerfrei zu erzeugen und weiterzugeben.

Der Physiker Dr. Martin Geller hat als Gastwissenschaftler ein Jahr in Cambridge, Großbritannien, verbracht und zusammen mit den dortigen Forschern unter der Leitung von Dr. Mete Atatüre die bisher mit Abstand besten optischen Quantenbits erzeugt: Das Team hat einen in einen Feststoff eingebetteten Quantenpunkt mit einem sehr schwachen Laser angeregt, sodass er Photonen – vereinfacht ausgedrückt: Lichtteilchen – freisetzte. Diese waren untereinander zu über 96 Prozent identisch und besaßen zudem die Phase der Photonen aus dem Laser. Das bedeutet: Die Information, die der Laser dem Quantenpunkt übermittelt hat, hat dieser beinahe eins zu eins wieder abgegeben. So haben die Forscher fast fehlerfrei optische Quantenbits erzeugt, die in Zukunft als Bausteine für ein Quanteninternet oder entsprechende Computer dienen können. Ein großer Erfolg für die Physik.

„Vor rund hundert Jahren hat es angefangen, dass Physiker die Welt mithilfe der Quantenphysik begreifen konnten“, berichtet Geller. „Heute sind wir so weit, dass wir in diese Dimension eingreifen und sie gestalten können. Das hätten sich damalige Forscher nie träumen lassen.“ Auch diese neue Errungenschaft ist nur ein weiteres, doch ein extrem wichtiges Puzzleteil auf dem Weg zum Quantencomputer.
Hinweis für die Redaktion:
Eine künstlerische Darstellung von vereinzelten Quantenbits (Fotonachweis: Cambridge University) stellen wir Ihnen unter folgendem Link zur Verfügung: http://www.uni-due.de/de/presse/pi_fotos.php
Bildbeschreibung: Künstlerische Darstellung von vereinzelten Quantenbits (helle Punkte), die über Photonen miteinander verbunden sind (Lichtstrahlen). Die verschiedenen Farben der Strahlen sollen deutlich machen, dass die optische Frequenz der Photonen auf die Anforderungen des Netzes angepasst werden kann.

Redaktion und weitere Informationen: http://www.cenide.de
Birte Vierjahn, CENIDE, Tel. 0203/379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

Katrin Koster | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-due.de
http://www.cenide.de

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