Forschung an der ETH

05. Januar 2014 11:51; Akt: 05.01.2014 17:55 Print

Quanten-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.

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

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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)

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Die beliebtesten Leser-Kommentare

  • John McLane am 05.01.2014 12:08 Report Diesen Beitrag melden

    Finanzierung

    Entwicklungshilfe halbieren und der ETH / EPFL zukommen lassen. Wieso Fortschritt von Entwicklungsländern im Schneckentempo anpeilen, wenn wir auf der Überholspur fahren können?

    einklappen einklappen
  • Dario am 05.01.2014 12:28 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

    Gute Fortschritt

    Spannend !! Bleibt nur abzuwarten

  • Ad am 05.01.2014 12:06 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

    Mhmm

    Ein Schritt mehr für Skynet :)

    einklappen einklappen

Die neusten Leser-Kommentare

  • Sven am 05.01.2014 21:03 Report Diesen Beitrag melden

    Der NSA usw. den Stecker ziehen

    Da frage ich mich, was uns davon abhält dies als Menschen ebenfalls selber zu können, da es scheinbar nun ja bewiesen ist das Teleportation real möglich ist. Wir würden uns die ganzen PC-Kisten, Kabel usw. spahren und die NSA hätte vermutlich mit dieser Art der Übertragung von Informationen für sehr lange Zeit nichts mehr ab zu hören.

  • Dani am 05.01.2014 19:08 Report Diesen Beitrag melden

    Prinzip des beamen - Mord?

    Gilt das Prinzip des beamens noch immer? Sich selbst töten und an anderer Stelle neu "entstehen" ?

  • Ad am 05.01.2014 18:59 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

    Einige Gedanken

    Diese Frage stellt sich: Wieviel Leistung vorraussichtlich steckt da in Petaflops? Und wahrscheinlich wird die Quantität zu Gunsten der Qualität steigen. So werden bei diesen Riesigen Datenmengen die Programme und Spiele noch verbuggter Releast, als sie es jetzt schon werden.

  • Phil O. Soph am 05.01.2014 18:55 Report Diesen Beitrag melden

    Verschränkung...

    ...heisst der Aspekt, welcher eine Information zeitverzugslos "überträgt". Die Aussage, dass dies für Nichtphysiker "magisch" erscheine trifft es nich ganz: für einen Physiker ist es i.d.R. "noch magischer"...

  • atheist am 05.01.2014 18:22 Report Diesen Beitrag melden

    Abfallprodukt quantencomputer

    eigentlich sollte man lieber über Verschränkung berichten. wüssten wir wie der zustand eines verschränkter Teilchen den zustand des anderen festlegt oder was mit der welt ist wenn keiner "hinschaut", dann könnte uns das in andere Dimensionen führen. dort würden wir vielleicht die antwort auf die eigentlich einzige frage finden. ob die uns allerdings gefällt oder wir sie überleben das wird man sehen. irgendwie habe ich das gefühl das wenn wir die antwort begreifen könnten, würde unser leben sinnlos und überflüssig sein. aber "42" ist definitiv die falsche antwort auf die richtige frage.