Forschung an der ETH: Quanten-Computer beamen wie bei «Star Trek»
Aktualisiert

Forschung an der ETHQuanten-Computer beamen wie bei «Star Trek»

Quanten-Rechner sind die Hoffnungsträger in der Computertechnik: Nicht nur der US-Geheimdienst NSA baut an den Superrechnern, auch Schweizer Forscher sind vorne mit dabei.

von
tob
Grössenvergleich: Eine Ameise im Verhältnis zum Chip aus dem Quanten-Computer an der ETH in Zürich.

Grössenvergleich: Eine Ameise im Verhältnis zum Chip aus dem Quanten-Computer an der ETH in Zürich.

Seit vielen Jahren suchen Wissenschaftler nach neuen Wegen in der Computertechnik. Die Bestandteile herkömmlicher Rechner werden immer leistungsfähiger und kleiner - und stossen irgendwann an ihre physikalischen Grenzen. Der Quanten-Computer ist eine von mehreren Alternativen, die Wissenschaftler seit Jahren erforschen, damit der wachsende Bedarf an Rechenleistung gedeckt werden kann. Denn Quanten-Computer könnten bisher kaum vorstellbare Rechenleistungen ermöglichen. So könnte ein derartiger Compter einst um ein Vielfaches leistungsstärker und schneller als bisherige Spitzencomputer arbeiten.

Laut einem Zeitungsbericht der «Washington Post» arbeitet auch der US-Geheimdienst NSA an der Entwicklung eines Quanten-Computers. Mit diesem könnte sich der Geheimdienst Zugriff auf Bank-, Gesundheits-, Regierungs- oder Wirtschaftsdaten verschaffen. Herkömmliche Verschlüsselungsmethoden für digitale Daten gelten in der Regel als besonders sicher, wenn es in einer realistischen Zeitspanne einem Supercomputer nicht gelingen kann, den Code zu knacken. Mit einer vielfach grösseren Rechenleistung wäre die Sicherheit jedoch ausgehebelt.

Konkurrenz aus der Schweiz

Auch die Schweiz macht im Wettstreit um den Super-Rechner mit. Anders als normale Computer arbeiten Quanten-Computer aber nicht nach den Regeln der klassischen Physik, sondern nach der Theorie der Quantenmechanik. Bei herkömmlichen Computern nehmen die kleinsten Bestandteile (Bits) nach den Gesetzen der Physik jeweils den Zustand null oder eins ein. Beim Quanten-Computer können die einzelnen, Qubit genannten Teilchen dagegen mehrere Zustände gleichzeitig darstellen. Wie die «Washington Post» weiter schreibt, verstehen selbst Experten der theoretischen Physik dieses scheinbare Paradox nicht vollständig. «Wenn du denkst, du verstehst die Quantenmechanik, verstehst du sie nicht», zitiert die Zeitung den 1988 gestorbenen Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman, der als Experte für die Quantentheorie galt.

Erst letzten August ist den Schweizer Forschern ein entscheidender Durchbruch gelungen. Sie haben Informationen über eine Distanz von sechs Millimetern über den Quantenchip, der einem normalen Computerchip ähnelt, teleportiert. Dabei haben keine physikalischen Teile den Weg zurückgelegt. «Bei der gewöhnlichen Telekommunikation wird die Information über elektromagnetische Impulse übertragen. Beispielsweise transportiert man im Mobilfunk gepulste Radiowellen und in Glasfaserverbindungen gepulste Lichtwellen», erklärt Andreas Wallraff, Professor am Laboratorium für Festkörperphysik und Leiter der Studie.

«Wie beim Beamen in Star Trek»

Bei der Quantenteleportation hingegen transportieren die Wissenschaftler nicht den Informationsträger selbst, sondern ausschliesslich die Information. Zu Nutzen machen sich die Forscher quantenmechanische Eigenschaften des Systems. Für Nicht-Physiker kann diese Verbindung fast schon «magisch» anmuten, wie Wallraff in einem internen Dokument der ETH sagt. Quantenteleportation sei vergleichbar mit dem Beamen in der Science-Fiction-Serie «Star Trek». «Die Information reist nicht von Punkt A zu Punkt B. Vielmehr erscheint sie an Punkt B und verschwindet an Punkt A, wenn man sie an Punkt B abliest.»

Im Experiment der ETH-Physiker wurde mehr Information zum Empfänger transportiert, als dies auf klassischem Weg möglich gewesen wäre. Dadurch konnten die Forscher nachweisen, dass die Information über quantenphysikalische Effekte – durch Teleportation – übermittelt wurde, heisst es in dem internen Dokument.

Sechs Millimeter gegen hundert Kilometer

Im Vergleich mit anderen Teleportationsexperimenten scheint die Distanz im ETH-Experiment allerdings kurz. Österreichischen Wissenschaftlern ist es 2012 gelungen, Informationen über mehr als hundert Kilometer zwischen den Kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa zu teleportieren. Laut der ETH sind dieser und ähnliche Versuche grundlegend anders: Für die Übertragung wurden hier optische Systeme mit sichtbarem Licht genutzt. Den ETH-Forschern ist es hingegen gelungen, Informationen in einem System mit elektronischen Schaltungen zu teleportieren. «Das ist interessant, weil solche Schaltungen wichtige Elemente für den Bau von zukünftigen Quantencomputern sind», sagt Wallraff.

Als Nächstes wollen die Schweizer Forscher den Abstand zwischen Sender und Empfänger vergrössern, um eine Distanz zu überwinden, die grösser ist als sechs Millimeter. «Teleportation ist eine wichtige Zukunftstechnologie auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung», sagt Wallraff. Denn in Qubits lassen sich mehr Informationen speichern und effizienter verarbeiten als in der gleichen Anzahl klassischer Bits. (tob/sda)

Deine Meinung