Die Forscher benutzten als Speichermedium ein Halbleitermaterial aus einer Zink-Cadmium-Selen-Verbindung. Gespeichert wird die Information in den Spinzuständen der Elektronen in diesem Halbleiter. Der Spin ist das quantenmechanische Gegenstück zum Drehimpuls eines Kreisels. Im Gegensatz zum klassischen Drehimpuls kann der Spin jedoch nur die beiden Zustände “Up” und “Down” annehmen und eignet sich damit zum Speichern eines Bits.
Mit Laserimpulsen, deren Länge gerade mal 100 Billiardstel Sekunden betrug, gelang es den Wissenschaftlern, die Spinzustände zu manipulieren, was die Voraussetzung für das Ein- und Auslesen von Information ist. Mit dieser Technik wären theoretisch rund eine Million Rechenoperationen durchführbar, bevor die Information “zerfällt”.
Das Problem der “zerfallenden” Information ergibt sich aus dem quantenmechanischen Trick, mit dessen Hilfe man die ungeheure Rechenleistung der Quantencomputer erreichen will. Ein Spinzustand nimmt einen seiner beiden Werte erst dann an, wenn man eine Messung durchführt. Vor der Messung existiert nur eine Wahrscheinlichkeit darüber, ob der eine oder der andere Zustand angenommen wird. Koppelt man nun zwei Spinzustände miteinander, dann beinhaltet dieser gekoppelte Zustand schon vier Wahrscheinlichkeitsaussagen: Jeweils eine dafür, dass beide Spins Up bzw. Down sind und dann noch zwei für die Fälle, dass jeweils der eine Spin Up und der andere Down ist. Bei drei gekoppelten Spins sind es acht Werte usw..
Bereits 50 gekoppelte Zustände beinhalten soviel Information, wie man auf zehn Millionen Ein-Gigabyte-Festplatten speichern kann. Der Trick ist nun, dass ein Rechenschritt, den man beispielsweise mit einem Laserimpuls durchführt, gleichzeitig die ungeheure Gesamtmenge an gespeicherter Information manipuliert. Ein Quantencomputer arbeitet also wie ein gigantischer Parallelrechner.
Das Problem dabei: Die kleinste Wechselwirkung dieses Quantensystems aus gekoppelten Spinzuständen mit seiner Umgebung führt zum Verlust der Kopplung, zum so genannten “Kollaps der Wellenfunktion”. Die gesamte Information geht dabei unwiderruflich verloren. In Festkörpern geschieht dies etwa alle paar Milliardstel Sekunden.
