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Lichstrahlen im Dunkel

Der Quantencomputer prüft sich selbst

Quantencomputer rechnen theoretisch so schnell, dass man sie mit herkömmlichen Rechnern nicht mehr überprüfen kann. Kein Problem, berichten Physiker aus Wien: Denn die Computer der Zukunft kontrollieren sich bei Bedarf selbst.

Physik 30.09.2013

In der Technik ist die Exaktheit eine Tugend, es gibt aber Fälle, wo die Unschärfe erwünscht ist. Und zwar in der Computerwissenschaft: Das Quantenbit (Qubit), ein Überlagerungszustand von Null und Eins, könnte Computer zu astronomischer Rechenleistung verhelfen.

Wobei "astronomisch" durchaus wörtlich zu verstehen ist: Bereits mit ein paar Hundert Qubits könnten Quantencomputer so viele Rechenschritte durchführen, wie es Atome im Universum gibt. So lautet zumindest die Vision, an deren Verwirklichung Forscher in den Physiklabors dieser Welt arbeiten.

Zunächst gilt es, Grundlagen zu schaffen sowie Grundfragen zu klären. Eine davon lautet: Wenn der Quantencomputer den klassischen Rechner so sehr in den Schatten stellt - wie kann man dann überprüfen, ob seine Rechnungen stimmen? Der klassische Rechner scheint für die Aufgabe bei weitem zu langsam. Daher dachte man bisher: Für die Überprüfung ist ein zweiter Quantenrechner notwendig. Das Problem lässt sich auch eleganter lösen, berichtet nun Philip Walther im Fachblatt "Nature Physics".

"Fallen" für die Quantenmaschine

Der Physiker von der Universität Wien hat mit seinen Mitarbeitern Lichtteilchen so präpariert, dass man mit ihnen nach Quantennatur rechnen kann. Mit vier Qubits ist der optische Quantenrechner zwar nur schwach ausgestattet, dafür hat er eine völlig neuartige Eigenschaft: Er überprüft sich gewissermaßen selbst.

Walther und seine Mitarbeiter haben in die Maschine "Fallen" eingebaut - Testrechnungen, deren Ergebnis von vornherein bekannt ist. Damit lässt sich überprüfen, ob der Rechner tatsächlich korrekt arbeitet. Wichtiges Detail: Für die Maschine sind die echten Berechnungen und die eingestreuten Prüfrechnungen ("Fallen") nicht zu unterscheiden - technische Verzerrungen sind damit ausgeschlossen. "Blind Computing" nennen Physiker dieses Konzept.

Die Technik sei beliebig erweiterbar und würde sich auch für leistungsfähigere Computer eignen, sagt Walther im Gespräch mit science.ORF.at. Angenommen, man hätte einen Rechner mit 1.000 Quantenbits zur Hand: Wie viel Rechenleistung müsste man in die Überprüfung investieren? "Mindestens die Hälfte, würde ich schätzen", so Stefanie Barz, die Erstautorin der Studie. "Grundsätzlich gilt: je mehr desto sicherer. Natürlich könnte man auch 1.000 Quantenbits in die Überprüfung investieren. Das wäre dann der sicherste Computer der Welt. Nur könnte man mit ihm nichts mehr berechnen."

Robert Czepel, science.ORF.at

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