Innsbruck - Physiker aus Innsbruck sind dem Quantencomputer wieder ein Stück näher gekommen. Sie haben dazu eine grundlegend neue Architektur der (Quanten-)Informationsverarbeitung vorgeschlagen. Dazu werden die atomaren Träger der Information (sogenannte Quantenbits) paketweise in elektromagnetischen Feldern gespeichert. Die geladenen Teilchen bzw. die Teilchengruppen schwingen und übernehmen dadurch zwei Funktionen: Sie sind gleichzeitig Sender und Empfänger von Quanteninformationen.

Bisher haben die Physiker von der Uni Innsbruck und vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) Ionen in elektromagnetischen Fallen aneinander gereiht. Dieser Methode sind aber Grenzen gesetzt, schreibt das Team um Rainer Blatt in der aktuellen Ausgabe von Nature. Für mehr Rechenleistung brauche man logischerweise mehr Quantenbits, sagt Blatt zum Standard. Das will man dadurch erreichen, dass die Quantenbits "quasi per Funkkontakt" miteinander kommunizieren und so Quanteninformation austauschen können, so dass größere Felder von Quantenbits verwendet werden können.

Das Experiment gelang - gleichzeitig mit einer Gruppe um den US-Amerikaner David Wineland - mit Teilchenpaketen, die 54 Mikrometer voneinander entfernt sind. Blatt glaubt, dass mit diesem Konzept damit für wissenschaftliche Anwendungen, etwa für Simulationsrechnungen, in etwa fünf Jahren ein Quantencomputer herstellbar wäre, der Probleme bewältigen kann, die bisher mit "herkömmlichen" Computern nicht lösbar sind.

Die theoretischen Vorarbeiten leistete Blatts Innsbrucker Kollege Peter Zoller gemeinsam mit Ignacio Cirac vom Max Planck-Institut für Quantenoptik in München. Auf eine "geniale Idee von Zoller" (Blatt) geht auch ein zweites Paper der Tiroler Quantenphysiker in der aktuellen Nature-Ausgabe zurück. Hier wird beschrieben, wie sich die Wissenschafter eigentlich prinzipiell störende Umwelteinflüsse bei Experimenten zunutze und aus einem "Nachteil" einen "Vorteil" machen. "Wir haben die Umgebung eines Quantensystems so verändert, dass sich der gewünschte Zustand quasi von selbst einstellt", sagt Blatt.

Zur Demonstration dieser Idee wurde ein System mit vier Atomen mithilfe geschickt manipulierter mechanischer Schwingungen an ein von einem Laserstrahl beleuchtetes Atom gekoppelt. Durch die geschickt gewählte Kopplung erhält man nun gerade den gewünschten Quantenzustand, unerwünschte Eigenschaften werden durch das beleuchtete Atom aus dem System gestreut. Mit dieser Methode kann man eine Reihe von Quantensystemen simulieren, die man klassisch nur mühsam berechnen kann. (Peter Illetschko, DER STANDARD, Print-Ausgabe, 24. Februar 2011)