Rechnen mit supraleitenden Quantenchips

Forschung

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Rechnen mit supraleitenden Quantenchips

Supraleitende Quantenchips sind einer von mehreren Ansätzen für sogenannte Quantencomputer. Wissenschafter um Johannes Majer vom Atominstitut der Österreichischen Universitäten ist es mit Kollegen an der Yale University (US-Bundesstaat Connecticut) und der Universite de Sherbrooke (Kanada) erstmals gelungen, einfache Berechnungen auf den supraleitenden Chips durchzuführen. Sie haben damit bewiesen, dass Quanten-Rechnungen in supraleitenden Computerchips tatsächlich möglich sind. Die Arbeiten wurden in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Welche Vorteile bietet ein Quantenrechner?
Dass man überhaupt die Entwicklung eines Quantencomputers anstrebt, liegt an grundlegenden Eigenschaften der kleinsten Teilchen. Die Zauberformel lautet: Überlagerung von Zuständen. Herkömmliche Computer kennen nur Ja/Nein bzw. 0 und 1, Quanten-Bits - oder Qubits - können auch mehr oder weniger beliebig viele Zustände zwischen 0 und 1 annehmen. Diese Überlagerungen vervielfachen den Rechenraum, für spezielle Anwendungen - etwa Berechnungen der Quantenphysik selbst - sollte der Quantencomputer herkömmlichen Rechnern haushoch überlegen sein.

Mehr oder weniger fortgeschrittene Ansätze für Quantencomputer sind etwa in Fallen eingesperrte Ionen oder Atome. Auch mit Lichtteilchen lassen sich Quantenberechnungen ausführen. Majer setzt bei seinen Versuchen auf supraleitende Schaltkreise, wozu die eigens entwickelten Chips mit der Größe von etwa einem drittel Millimeter auf knapp über den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden müssen. Dann treten sogenannte elektronische Quantenüberlagerungen zutage.

Nachteil: Extrem kurze Stabilität
Viel Zeit für ihre Berechnungen, bisher standen zwei Qubits für die Kalkulationen zur Verfügung, haben die Wissenschafter allerdings nicht. Die elektronischen Überlagerungen bleiben etwa nur eine Millionstel Sekunde stabil. Die supraleitenden Chips haben allerdings den Vorteil, dass auf ihnen die Quanten-Zustände sehr rasch verarbeitet werden können. In einem weiteren Schritt ist geplant, den Quantencomputer-Ansatz der supraleitenden Chips mit stabileren Atom-Zuständen zu koppeln. "Vielleicht kann man eines Tages Atome wie einen Speicher verwenden und die schnellen Supraleiter-Chips zum Rechnen benützen", so Majer.

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