Quantenbits könnten Bits ablösen

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Es ist eine merkwürdige Welt, im Bereich von Atomen und Molekülen: Materie nimmt die Eigenschaften von Wellen an. Licht, das der Laie als elektromagnetische Welle kennt, wird ein Produkt von Teilchen – den Photonen. Physikalische Eigenschaften existieren nur in festen Größenordnungen; Zwischenstufen kommen nicht vor.

Auch mehrere Informationseinheiten könnten in einen Quantenzustand gepackt und getrennt voneinander bearbeitet werden. Dann seien im Prinzip unendlich viele Mischzustände denkbar. Die “Quanteninformationsverarbeitung” biete dementsprechend viele Möglichkeiten, Informationen aufzubereiten.

Wer dieses Prinzip verstehen wolle, müsse sich aus seiner makroskopischen Gedankenwelt verabschieden. Denn dann seien beispielsweise Elektronenzustände denkbar, bei denen sich das Teilchen in mehreren Zuständen gleichzeitig befinde. Diese so genannte Superposition werde von Quantenrechnern genutzt. Herkömmliche Rechner speicherten dagegen ihre Informationen in Sequenzen, die nacheinander ausgelesen und verarbeitet werden.

Ein Quantencomputer könne das jedoch besser: Er produziere eine Überlagerung von Zuständen. Während ein klassisches Bit genau eines von zwei Zuständen einnimmt, kann das Quantenbit sich demnach gleichzeitig in beiden Zuständen befinden, bevor eine Messung vorgenommen wird. Weil jede Veränderung sich auf die Zustände des Gesamtsystems gleichzeitig auswirke, arbeite der Quantencomputer wie ein gewaltiger Parallelrechner und schaffe so bisher unerreichte Rechenmöglichkeiten.

Statt auf Elektronen setzen die Physiker für ihre Quantenrechner auf Photonen. “Photonen sind ein idealer quantenmechanischer Informationsträger”, so Höfling. Der Informationsgehalt der Teilchen unterliege so gut wie keinen Störeinflüssen, die Teilchen bewegten sich mit Lichtgeschwindigkeit, seien einfach zu manipulieren und zu registrieren. Der Transport von Informationen mit einzelnen Lichtteilchen funktioniere schon heute. “Allerdings sind dafür große Messaufbauten im Labor notwendig.”

An diesem Punkt setzt der neue Forschungsverbund Quantip – Quantum integrated photonics an, an dem Forschungseinrichtungen und Universitäten in Australien, Deutschland, Frankreich, Italien und den Niederlanden beteiligt sind. Die EU unterstützt das Projekt in den kommenden drei Jahren mit rund 2,2 Millionen Euro.