Ein Blick genügt - wenn man einen Quantencomputer hat
Innsbrucks Quantenphysikern ist ein weiterer, wichtiger Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer gelungen. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass Ionenfallen geeignete Bausteine für zukünftige Computer sein könnten. Die renommierte Fachzeitschrift "Nature" berichtet darüber in ihrer jüngsten Ausgabe.
Ionenfalle mit einem Calcium-IonUm festzustellen, ob eine Münze echt oder gefälscht ist, müssen normalerweise beide Seiten der Münze kontrolliert werden. Befindet sich auf beiden Seiten ein Kopf oder eine Zahl, ist die Münze falsch. Einem Quantencomputer genügt ein einziger Blick und er weiß sofort, ob die Münze gefälscht ist. Vereinfacht ist das genau das, was der Deutsch-Josza-Algorithmus beschreibt. Den Innsbrucker Quantenphysikern rund um Prof. Rainer Blatt ist es nun gemeinsam mit Prof. Isaac L. Chuang vom Media Lab am MIT erstmals gelungen dieses Rechenverfahren in einem winzigen Quantencomputer zu realisieren. Dazu wurde ein einziges Kalzium-Ion in einer Ionenfalle eingefangen und im Vakuum in der Schwebe gehalten. Durch Kühlen des Ions mit Laserlicht bis zu Temperaturen knapp oberhalb des absoluten Nullpunkts und Anwendung maßgeschneiderter Laserpulse gelang es den Forschern, die volle Kontrolle über die Bewegung und den Quantenzustand dieses Ions zu gewinnen. Dies ist die Voraussetzung für die Durchführung der Rechenoperation nach Deutsch-Josza. Die vier möglichen echten und falschen Münzen (Kopf/Kopf, Zahl/Zahl, Kopf/Zahl, Zahl/Kopf auf Vorder- und Rückseite) werden durch eine ausgetüftelte Abfolge von Laserpulsen (entsprechend der Software eines klassischen Computers) dargestellt. Das Ion wird zum Beginn jedes Experiments in einen genau definierten Zustand versetzt. Das besondere dieses Ausgangszustands ist, dass er den Blick auf beide Seiten der Münze auf einmal erlaubt. So genügt den Experimentatoren dann eine einzige Messung um zu erkennen, ob Vorder- und Rückseite gleich sind.
Wie herkömmliche Computer wird auch der Computer der Zukunft eine Rechenmaschine sein, in der zahllose Rechenoperationen durchgeführt werden. Mit dem Experiment konnte ein weiteres Mal gezeigt werden, dass Prozessoren aus Ionenfallen mögliche Grundbausteine für zukünftige Quantencomputer sein könnten. Die Innsbrucker Experimentalphysiker leisten auf dem Weg zum Quantencomputer wertvolle und weltweit vielbeachtete Pionierarbeit. Im kommenden Jahr soll in Innsbruck der Grundstein für ein Forschungsinstitut für Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gelegt werden.
