Fortschritte in der Computertechnik erreicht man heute in erster Linie durch die Entwicklung immer kleinerer Rechenchips. Doch in etwa 20 Jahren wird man damit in die Größenordnung einzelner Atome vorgedrungen sein. Eine weitere Miniaturisierung und Verbesserung der herkömmlichen Computertechnik ist dann nicht mehr möglich. Eine Revolution in der Rechenleistung erhofft man sich von Quantencomputern. Über ihre Fortschritte auf diesem Gebiet sprachen Physiker auf einer Tagung der Royal Society in London, berichtet der New Scientist.
Während die kleinste Informationseinheit gewöhnlicher Computer ? das Bit ? nur einen der beiden Zustände “0” oder “1” annehmen kann, können die Qubits genannten Informationseinheiten der Quantencomputer darüber hinaus auch beliebige Kombinationen dieser beiden Grundzustände annehmen. Physikalisch realisiert werden diese Qubits in den Quantenzuständen von Photonen oder Atomen.
Daraus ergibt sich aber auch das größte Problem bei der Entwicklung von Quantencomputern. Quantenzustände sind äußerst instabil. Sie unterliegen der so genannten Dekohärenz: Die kleinste Wechselwirkung mit der Umwelt zerstört einen Quantenzustand und die in ihm gespeicherte Information.
Einen Ausweg aus diesem Dilemma bieten die so genannten Ionenfallen. In ihnen werden Ionen, also elektrisch geladene Atome, mittels hochfrequenter elektrischer Felder “gefangen” gehalten und dadurch von der Umwelt abgeschirmt. Rainer Blatt von der Universität Innsbruck ist es mit seinem Team gelungen, ein einzelnes Calcium-Ion gefangen zu halten und mit seinen Quantenzuständen eine spezielle Rechenaufgabe, den so genannten Deutsch-Josza-Algorithmus, durchzuführen.
Einen anderen Weg verfolgt ein australisches Team von der Universität von Neusüdwales in Sydney. Robert Clark und seine Kollegen wollen einen Quantencomputer aus einem Gitter von Phosphoratomen bauen. Die Quantenzustände dieser Atome sind relativ langlebig. Aber um sie ausreichend vor der Dekohärenz zu schützen, muss man sie in einem Gitter äußerst präzise platzieren. Das ist den Forschern durch Fokussierung eines aus Phosphorionen bestehenden Strahls auf einen Siliziumchip gelungen. Sie haben ebenfalls bereits demonstriert, dass man die Quantenzustände der Phosphoratome mittels empfindlicher Transistoren auslesen kann. Bis zum Jahr 2007 will Clarks Team die ersten Berechnungen durchführen.
Axel Tillemans
