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ZUKUNFT – QUANTENCOMPUTER
RUBRIK

gestellt: „Strom an“ bedeutet 1 und „Strom aus“ 0. dem quantenverschränkt sein, umgangssprachlich würde
man sagen, dass sie miteinander verbunden sind. Wird
QUBITS STATT BITS ein Qubit in einen bestimmten Zustand gebracht, ändert
Quantencomputer arbeiten dagegen ganz anders, und sich in diesem Moment auch der Zustand der anderen
zwar mit „Qubits“. Das ist nichts anderes als eine Ver- mit ihm quantenverschränkten Qubits. Dies geschieht
kürzung von „Quanten-Bit“. Wie ein Bit in einem klas- mit Überlichtgeschwindigkeit. Da mehrere Qubits mit-
sischen Computer kann ein Qubit entweder im Zustand einander quantenverschränkt sind, ihr eigener Zustand
1 oder 0 sein. Interessant wird es aber, wenn das Qubit also abhängig von dem der anderen Qubits ist, kann auch
seine besondere Eigenschaft ausspielt, die das klassische die Berechnung im Quantencomputer überlichtschnell
Bit nicht hat: Ein Qubit kann nämlich auch gleichzeitig erfolgen. Auch das ist ein Vorteil von Quantencomputern
im Zustand 1 und 0 sein oder auch in theoretisch unend- gegenüber heutigen Computern.
lich vielen Zuständen dazwischen. Man kann sich das am
besten mit einer Münze klar machen: Soll sie ein klas- SO WERDEN QUBITS GEMACHT:
sisches Bit darstellen, kann man sie entweder mit Kopf Um Qubits zu erzeugen, stehen unterschiedliche Metho-
oder Zahl nach oben legen, das wäre eine 0 oder eine 1. den zur Verfügung. Gewöhnlich werden geladene Atome
Ein Qubit wäre dagegen eine in die Luft geworfene Mün- – Ionen genannt – in magnetische und elektrische Felder
ze, die sich schnell um sich selber dreht. Bei ihr kann man eingesperrt. In dieser „Ionen-Falle“ können die Ionen mit
nicht sagen, ob Kopf oder Zahl oben ist, sie ist in beiden Mikrowellenstrahlung in verschiedene Zustände gebracht
Zuständen gleichzeitig. und so mit Informationen geladen werden. Auch das
Und diese Fähigkeit des Qubits macht den Quantencom- Ablesen des Ergebnisses ihrer Berechnung erfolgt mittels
puter prinzipiell effizienter: Für die gleiche Berechnung Mikrowellenstrahlung. Jedes einzelne Ion in der Falle ist
braucht er wesentlich weniger Qubits als heutige Compu- dabei ein Qubit.
ter Bits. Das macht das folgende Beispiel klar. Es gibt aber auch noch andere Möglichkeiten, Qubits
zu erzeugen: So arbeitet Google mit Quantenchips auf
EXPONENTIELLER VORSPRUNG DURCH QUBITS denen schwache Ströme auf winzigstem Raum im Kreis
Mit zwei Bits kann ein normaler Computer die Zahlen fliessen. Wie eine einzelne Welle, die in einem kreisrun-
von 0 bis 3 darstellen. Die beiden Bits 0,0 ergeben die den Wellentunnel wandert. Jeder Kreisstrom stellt dabei
Zahl 0, mit 0,1 ist die Zahl 1 gemeint. Mit 1,0 die Zahl 2 ein Qubit dar und kann ähnlich wie Ionen mit Mikro-
und mit 1,1 die 3. Zwei Bits können in einem klassischen wellenstrahlung in verschiedene Zustände gebracht und
Computer immer nur eine Zahl auf einmal darstellen. In auch wieder ausgelesen werden. Andere Forscher experi-
einem Quantencomputer kann ein Qubit dagegen un- mentieren auch mit Photonen, also mit Lichtteilchen, als
endlich viele verschiedene Zustände annehmen und das physikalische Umsetzung von Qubits.
gleichzeitig. Die vier Zustands-Kombinationen, die die
Zahlen 0 bis 3 darstellen, können theoretisch also durch KOMPLEXE TECHNIK AM RANDE DES
nur einen Qubit und zur selben Zeit dargestellt werden. MACHBAREN
Der Quantencomputer ist deshalb deutlich schneller. Egal, mit welcher Methode Qubits realisiert werden, die
Momentan ist die Praxis allerdings noch nicht so weit Forscher stehen dabei immer vor grossen technischen
und es sind nur wenige Qubit-Zustände nutzbar. Herausforderungen. Ein grundlegendes Problem: Bewe-
gung. Haben Teilchen eine bestimmte Energie, beginnen
Doch selbst wenn man von nur zwei verschiedenen Zu- sie sich zu bewegen, umherzuwackeln. Ein Prinzip, dass
ständen ausgeht, die ein Qubit gleichzeitig einnehmen wir als Wärme kennen. Damit man sie aber manipulieren
kann, dann verdoppelt jedes dazu kommende Qubit die und einfangen kann, müssen sie ruhig gestellt werden.
Anzahl der gleichzeitig darstellbaren Zustände. Dieser Die Forscher müssen die Chips, auf denen die Ionenfal-
Vorteil wächst exponentiell: Drei Qubits können schon len oder Kreisströme aufgebracht sind, deshalb fast bis
8 Zustände gleichzeitig einnehmen, 300 Qubits sogar 2 auf den absoluten Nullpunkt, der mit 0 Kelvin definiert
hoch 300 = 2300 =2037035976334486086268445688 ist, herunterkühlen. Das ist die tiefst mögliche Tempe-
40937816105146839366593625063614044935438129 ratur, in Celsius sind das -273,15 Grad. Ihr nähern sich
976333 6706183397376. Das ist eine grössere Zahl als die Quantenchips bis auf wenige tausendstel Grad an. Es
Teilchen im Universum existieren! Für einen klassischen dauert Tage, bis ein Quantenchip von Zimmertempera-
Computer eine nicht zu bewältigende Aufgabe. An die- tur auf seiner Betriebstemperatur angekommen ist. Dafür
sem Beispiel erkennt man den uneinholbaren Vorteil, den braucht es aufwendige und grosse Kühlmaschinen. Allein
Quantencomputer prinzipiell haben. Angelangt sind die das macht schon klar, warum es so schnell keine Quan-
neuesten Quantenprozessoren bereits bei 127 Qubits! tenchips in Smartphones geben wird.

RECHNEN MIT ÜBERLICHTGESCHWINDIGKEIT QUBITS SIND EXTREM EMPFINDLICH
Die Qubits in einem Quantencomputer können ausser- Dann kämpfen die Forscher damit, dass die Qubits nicht

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