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Supercomputer: Quantencomputer arbeiten jenseits der klassischen Grenzen der Physik

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Supercomputer  

Quantencomputer arbeiten jenseits der klassischen Grenzen der Physik

03.01.2014, 17:34 Uhr | dpa, rtr, AFP

Supercomputer: Quantencomputer arbeiten jenseits der klassischen Grenzen der Physik. Supercomputer im Swiss Center for Scientific Computing (CSCS) in Lugano in der Schweiz. (Quelle: dpa)

Quantencomputer werden heutige Supercomputer wie diesen im Swiss Center for Scientific Computing (CSCS) in Lugano (Schweiz) überflügeln. (Quelle: dpa)

Nicht nur Forscher arbeiten am Computer der Zukunft, sondern auch die NSA. Mit sogenannten Quantencomputern will der US-Geheimdienst noch besser und effizienter spionieren können und gibt dafür einen Teil seines 80 Millionen Dollar hohen Forschungsbudgets aus, berichtet die US-Tageszeitung Washington Post. Trotz ersten Erfolgen ist es bis zum fertigen Quantencomputer aber noch ein langer Weg.

Die heutigen Computer werden dadurch leistungsstärker, dass ihre Schaltkreise immer weiter miniaturisiert werden. Dadurch passen mehr Schaltkreise auf einen Prozessor und die Daten fließen zudem schneller durch die Leiterbahnen.

Doch diese Technik führt früher oder später unweigerlich in eine Sackgasse, denn die Gesetze der Physik setzt der Miniaturisierung unüberwindbare Grenzen. Daher versuchen Wissenschaftler bereits seit vielen Jahren, diese Grenzen mithilfe der Quantenmechanik zu umgehen und konnten bereits erste Erfolge feiern.

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Quantencomputer frei von Regeln der Physik

Bei herkömmlichen Computern nehmen die kleinsten Bestandteile (Bits) nach den Gesetzen der Physik jeweils den Zustand Null oder Eins ein. Beim Quanten-Computer können die einzelnen Teilchen – Qubits genannt (Atome, Elektronen oder Photonen) – dagegen mehrere Zustände gleichzeitig darstellen. In der Welt der kleinsten Dinge gilt im Gegensatz zu unserer Digitaltechnik nicht der Grundsatz "entweder oder", sondern eher die Maxime "sowohl als auch".

Damit können Quantencomputer alle Bit-Kombinationen gleichzeitig erfassen und ändern. Auf diese Weise könnten diese Rechner auch "Abkürzungen" nehmen und viel schneller ans Ziel kommen. Vorstellbar ist, dass ein Quanten-Computer eines Tages millionenfach schneller ist als heutige Supercomputer.

Rechnen mit kleinsten Teilchen

Wissenschaftlern gelang es unter Laborbedingungen bereits Quantencomputer zu bauen und einfache Rechnungen durchführen zu lassen. Physikern der Universität Innsbruck gelang zudem ein grundlegender Schritt hin zu einem "Quanteninternet". Die Forscher übertrugen die Quanteninformation eines Atoms vollständig auf ein Lichtteilchen, schickten dieses über eine Glasfaser zu einem entfernten Atom und konnten die Informationen dort auch speichern.

Quantencomputer vielfach nutzbar

Die NSA will mithilfe dieser Technik in Zukunft komplizierte Verschlüsselungen in kürzester Zeit knacken. Forscher träumen davon, mit Quantencomputern komplexe Simulationen beispielsweise in der Klimaforschung durchzurechnen und Wettervorhersagen oder andere Prognosen deutlich präziser und langfristiger zu erstellen. Auch große US-Unternehmen wie IBM und Microsoft arbeiten an der Erforschung der Technologie.

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Viele Hürden bis zum neuen Supercomputer

Von der Vision zur Wirklichkeit ist es allerdings noch ein weiter Weg. Experimente etwa in Deutschland, der Schweiz oder den USA arbeiten bislang nur mit wenigen Qubits.

So müssen die einzelnen Teilchen noch recht aufwendig von Lasern erfasst und beschrieben werden. Zudem müssen Quantencomputer peinlich genau von äußeren Einflüssen wie zum Beispiel elektromagnetischer Strahlung abgeriegelt werden.

Zwar vertreibt das kanadische Unternehmen D-Wave bereits schrankgroße Rechner unter der Bezeichnung Quantencomputer. Kritiker bezweifeln jedoch, dass D-Waves Prozessoren tatsächlich quantenmechanisch funktionieren. Auf jeden Fall dürften die Rechner kaum zum Knacken einer Verschlüsselung taugen, denn dafür verwendet D-Wave einen falschen Algorithmus.

Doch nach derzeitigem Forschungsstand dürfte es noch Jahre oder gar Jahrzehnte dauern, bis ein Quanten-Computer erfolgreich zum Decodieren von Verschlüsselungstechniken eingesetzt werden kann.

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