Trotz aller Fortschritte auf dem Gebiet der sogenannten Quantencomputation ist der Quantenrechner noch immer nicht viel mehr als eine Vision. Denn bisher ist es Physikern nicht gelungen zu zeigen, dass dieser einem Supercomputer in der Praxis überlegen wäre. In der Theorie sollte es so sein, darüber herrscht in der Physikergemeinde Übereinstimmung.
Aber ob sich das Konzept auch experimentell umsetzen lässt, das ist die Frage. "Es gibt Kollegen, die sagen: 'Wenn mit größeren Quantensystemen gerechnet wird, dann wird die Sache schnell so komplex, dass das System selbst nicht mehr beherrschbar ist'", erklärt Philip Walther, Physiker an der Universität Wien. Er gehört zur Fraktion jener, die der Vision auch in der Praxis gute Chancen einräumen.
Das Limit: 20 Teilchen und 40 Bahnen
Die Studie:
"Experimental Boson Sampling" von Max Tillmann und Kollegen ist am 12.5. in "Nature Photonics" erschienen.
Walther hat nun mit seinem Team im Fachblatt "Nature Photonics" ein Experiment vorgestellt, das in nicht allzu ferner Zukunft einen Beweis ermöglichen könnte. "Mit unserem System könnte man mit relativ geringem Aufwand überprüfen, ob der Quantencomputer dem klassischen Rechner tatsächlich überlegen ist", sagt Walther.
Er hat in eine Silicaplatte fünf sogenannte Wellenleiter eingeritzt, durch die sich Photonen bewegen. Drei Lichteilchen werden auf der einen Seite in das System hineingeschickt, drei kommen am anderen Ende wieder heraus.
Philip Walther Gruppe, Universität Wien
Welchen Weg sie dazwischen beschreiten, ist allerdings unbestimmt. Die Photonen können mal links, mal rechts abbiegen und sie können - aufgrund ihrer quantenmechanischen Eigenschaften - auch mehrere Wege gleichzeitig beschreiten. Die Statistik aller möglichen Fälle berechnen Physiker mit Matrizen. Bei drei Photonen und drei möglichen Wegen geht das noch problemlos. Aber die Kombinatorik explodiert, wenn man die Zahlen entsprechend erhöht.
"Ab 20 Teilchen und 400 Bahnen wären selbst die besten Supercomputer überfordert", sagt Walther. 20 mal 400 - das ist das Limit, das es zu erreichen gilt. Sollte das gelingen, wäre erstmals der Nachweis geführt, dass mit der Quantentechnologie Dinge möglich sind, an denen der klassische Computer aus Prinzip scheitert. Damit wäre zwar ein Meilenstein erreicht, aber es gäbe immer noch eine Menge zu tun.
Walthers optisches Netzwerk lässt sich nämlich nicht zu einem universellen Quantencomputer ausbauen - einem, der prinzipiell alles berechnen kann. Das Netzwerk eignet sich nur für eine spezielle Aufgabe: nämlich zur Simulation des Verhaltens von "Bosonen" (Teilchen, zu denen auch die Photonen gehören).
Womit Walther eine Idee aus den 80er Jahren übersetzt hat, mit der Vordenker Richard Feynman einst seine Fachkollegen verwirrte. Er sagte: "Wenn die Berechnung quantenmechanischer Probleme mit herkömmlichen Computern so mühsam und aufwändig ist - warum nehmen wir nicht gleich Quantensysteme für diese Berechnung?"
Robert Czepel, science.ORF.at
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