Wiener Physiker bauen "absolut sicheren" Quantencomputer

19. Jänner 2012, 20:01
  • Verschränkte Qubit: Wiener Experimentalphysiker konstruierten einen Quantencomputer, dem alle Berechnungen und Ergebnisse verborgen bleiben.
    foto: equinox graphics

    Verschränkte Qubit: Wiener Experimentalphysiker konstruierten einen Quantencomputer, dem alle Berechnungen und Ergebnisse verborgen bleiben.

Cloud Computing mit Quantenphysik: Verfahren entwickelt, bei dem alle Berechnungen und deren Ergebnisse dem Computer selbst verborgen bleiben

Wien - In allernächster Zukunft wird man vor dem Problem nicht stehen. Dafür haben aber schon jetzt Wiener Experimentalphysiker um die Dissertantin Stefanie Barz eine Lösung parat: Angenommen, Sie haben - sagen wir im Jahr 2023 - eine tolle Anwendung für einen Quantencomputer entwickelt. Und zufällig gibt es auch eine Firma, die gerade die ersten dieser neuen Wundercomputer zum Einsatz bringt. Das Problem liegt auf der Hand: Sie wollen nicht, dass der Code Ihrer Anwendung durch die Tests am Quantencomputer verraten wird, und die Firma will vermeiden, dass dadurch umgekehrt etwas über die Technologie ihres Wunderdings bekannt wird.

Barz und ihr Team erbrachten in Zusammenarbeit mit internationalen Kollegen im US-Fachblatt Science (Bd. 335, S. 303) den experimentellen Beweis dafür, dass man das Problem elegant umgehen kann: Sie entwickelten ein Verfahren, das unter Ausnützung von Quanteneffekten wie der "spukhaften Fernwirkung" die Rechnungen auf Quantencomputern "absolut sicher" macht.

Qubits statt Bits

Mit Quantencomputern sollen Phänomene der Quantenwelt für extrem schnelles Rechnen genutzt werden. In der herkömmlichen Informationstechnologie ist das Bit die kleinste Informationseinheit, es kann zwei Zustände (Ja/Nein oder 0/1) einnehmen. Beim Quantencomputer sollen dagegen Quantenzustände als kleinste Einheit dienen, sogenannte Quantenbits (Qubits). Weil dabei die Gesetze der Quantenwelt gelten, kann ein solcher Quantenzustand unendlich viele verschiedene Schwebezustände zwischen zwei Möglichkeiten einnehmen, sogenannte Superpositionen. Mit mehreren Qubits könnte man deshalb bestimmte Probleme wesentlich schneller lösen als in einem klassischen Computer.

Bisher existieren einfache Modelle von Quantencomputern nur in wissenschaftlichen Laboratorien. Aufgrund ihrer Komplexität wird sich daran wohl auch in Zukunft nichts ändern, einen Quanten-PC für den Schreibtisch wird es noch lange nicht geben. Vielleicht stehen aber eines Tages Quantencomputer in spezialisierten Rechenzentren für Anfragen von außen zur Verfügung - ähnlich wie heute beim Cloud Computing IT-Anwendungen zu Großrechnern ausgelagert werden.

Herkömmliches Cloud Computing birgt ein gewisses Sicherheitsrisiko in sich. Dagegen seien Berechnungen am Quantencomputer aufgrund von Quanteneffekten "absolut sicher", so die Wissenschafter des Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Uni Wien und des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften, die die Arbeit mit Kollegen aus Schottland, Kanada und Singapur durchgeführt haben.

Ausgelagerte Verschränkung

Und so sieht ihr Konzept konkret aus: Der Nutzer muss die einzelnen Qubits in einem nur ihm bekannten Zustand präparieren. Die Physiker verwenden in ihrem Experiment einzelne Lichtteilchen (Photonen) als Qubit, der Zustand ist eine ganz bestimmte Schwingungsrichtung (Polarisation). Diese Photonen werden zum Quantencomputer geschickt, wo sie verschränkt werden. "Das ist das Schöne an dem Konzept, dass der schwierigste Teil - die Verschränkung - ausgelagert ist", erklärte Stefanie Barz.

Verschränkung ist ein seltsam anmutendes Phänomen der Quantenwelt, das Albert Einstein einmal als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnet hat: Zwei verschränkte Teilchen bleiben miteinander wie über einen unsichtbaren Faden verbunden, auch wenn sie sich über beliebige Distanzen voneinander entfernen. Misst man an einem dieser Teilchen beispielsweise die Polarisierung, ist jene des anderen augenblicklich ebenfalls festgelegt.

Einweg-Quantencomputer

Im Quantencomputer werden dann die Berechnungen in Form von Messungen an den verschränkten Teilchen realisiert. Bei dem Rechner handelt es sich um einen sogenannten Einweg-Quantencomputer, der auf einem Konzept des theoretischen Physikers Hans Briegel vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Innsbruck basiert und erstmals von Anton Zeilinger experimentell realisiert wurde. Die Bezeichnung "Einweg" kommt daher, weil die Photonen bei jeder Messung verbraucht und dadurch vernichtet werden. Daher ist es auch speziell für den Einweg-Quantencomputer wichtig, eine möglichst große Zahl an verschränkten Teilchen als Ausgangssituation zu haben. Ein Schüler Zeilingers, der chinesische Wissenschafter Jian-Wei Pan, hält seit 2011 mit acht verschränkten Photonen den Weltrekord.

Ziel sei es, möglichst viele verschränkte Photonen zu haben - "je mehr, umso komplexere Rechnungen kann man durchführen", so Barz. Weil der Quantencomputer den Zustand, in den der Nutzer die Qubits präpariert hat, nicht kennt, sind für ihn die Rechnungen eine unzusammenhängende Abfolge an Operationen, betonen die Wissenschafter. Er könne daher zu keinem Zeitpunkt Rückschlüsse ziehen, welche Rechnung er gerade durchführt. Der Quantenrechner könne nicht unterscheiden, ob er gerade einen Code entschlüsselt oder einen Eintrag in einem Telefonbuch sucht, "er rechnet 'blind'". Schließlich werden die Ergebnisse an den Nutzer zurückgesendet. "Der Nutzer kann als einziger die Ergebnisse interpretieren und nutzen, da nur er die Ausgangszustände der Qubits kennt", so Barz.

Derzeit arbeiten die Forscher mit vier Qubits, was noch keine großen Rechnungen möglich macht. Konkret könnte mit vier Qubits ein Telefonbuch mit vier Einträgen durchsucht werden, erklärte Barz. Doch mit dem Experiment konnte grundsätzlich gezeigt werden, dass verschiedene Berechnungen funktionieren und der Computer nicht erkennen kann, welche er durchführt. (tasch, APA/DER STANDARD, Printausgabe, 20.01.2012)

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Das erinnert mich an unsere Regierung,

die Operationen blind auf ihnen nicht bekannte Zustandsmuster anwenden möchte.

Wie bei einem Synthesizer auf ihnen unbekannter Musik drehen sie wild Knöpferl hin und her und hoffen wir haben eoen Code das zufällig als Musik zu hören ....

Der Steuernknopf ist ein besonders beliebter .... der Pensionsknopf, ....

Laaaangweilig. Wieso glauben immer wieder, nur weil sie den Artikel im Wissenschaftteil nicht verstehen, es cool ist hier irgendwie innenpolitisch ausgezahtes aufzuwärmen.

Sie wissen aber viel über mich ...

Wir können uns gerne einmal über Universelle Maschinen (von Turing zur Rekursion), Automaten und Logik unterhalten, aber wer glaubt Wissenschaft müsse immer ernst, hat schon verloren.

auf jeden Fall ist klar, dass Sie Wörter in Sätzen droppen.

...

Wolltens grad ein paar Fachbegriffe zum Bullshit-Bingo spielen einwerfen? Weil in Zeiten von Wikipedia einfach nur Namedropping zu betreiben reicht nicht um Kompetenz aufzuzeigen.

Strohmann-Argumentierer sind besonders

wissenschaftlich?
Wahrscheinlich habe ich mein Mathematikdoktorat auch nur im Wiki geschossen und verdiene als weltweit taetiger Technologieunternehmer nur Scheingeld. Vielleicht ist mein Uni Sponsoring auch nur Verschleuderung.

Es kann ja sein, dass mein Eingangsposting, aus Frust, blöd ausgefallen ist, aber Sie sind im Sinne B Russels einfach ein Narr.

...

Wie gesagt - behauptet ist schnell mal was. Und wenns denn wirklich so ist gratuliere.

Geht man nach dem was die Leute schreiben trifft man hier im Standardforum allerdings eh nur Multimillionäre und Besserverdiener die alle ihre Nobelpreise in jedem Fach abgeholt haben. Fields Medaille natürlich auch.
Und mehr als sich auf nicht nachprüfbare Behauptungen zu stüzen haben sie auch in ihrem zweitem Post nicht gemacht. Insofern - argumentierens zumindest etwas, weil daraus könnte man eventuell tatsächlich einen Eindruck bekommen ob sie Ahnung hat.
Also kein Strohmann Argument sondern wirklich ein Problem und sie haben nichts getan um das zu entschärfen außer auf ihre behauptete Autorität zu verweisen. argumentum ad verecundiam also.

Sie können sich die Mühe

machen und meine Posts ... sind ja offen. Allerdings viele.

Übrigens zur Frage Materie oder Information,empfehle ich NKS, Stephen Wolfram, oder über "Speculative Philosophy", zB bei Meillassoux ...

Aber alles nur gegoogelt.

...

So die ersten 10 Seiten ihrer Historie hab ich durch, abgesehen von den Posts zu diesem Artikel, kommt da noch was das ihre Kompetenz anhand von Aussagen untermauert? Oder sind die restlichen Seiten auch voll mit politischen Diskussionen.

Ansonsten bleib ich dabei, war wohl doch nur Namedropping, zumindest deutet vieles drauf hin.

New Kind of Science zu erwähnen find ich jetzt nicht so das tolle Beispiel für Fachkompetenz und wie schon erwähnt - ja wirkt eher als ob sie das alles googlen würden.

Übrigens, Sie sind für mich

eine Welle, ich bin für mich selbst ein Teilchen.

Aber Ihre Beurteilung von Mitpostern

ist natuerlich lupenreiner Logik und perfekter Musterekennung entsprungen.

Werden Sie im Gestruepp Ihrer Vorurteile glücklich.

Übrigens, ich glaube, dass ich das Wesen von Quantencomputern einigermassen verstehe, obwohl ich kein Qhantenphysiker bin.
Der Vorteil der Operation mit anonymen Datenkapseln ist ein guter Gag, und auch real, aber die Möglichkeit der massiven Parallelosierung scheint mir weit bedeutender ...

Und NKS haben Sie nicht gelesen, sonst hätten Sie den Hinweis auf Materie-oder-Information verstanden.

In einem Thread über Quanten ...

...

Wie bereits gesagt - ich kann nur nach dem urteilen was sie im Forum von sich geben und das ist alles nicht sehr aufschlussreich. Ob sie in einem Gebiet kompetent sind geht daraus nicht hervor.

Schön wenn sie das "Wesen" von Quantencomputern verstanden haben und NKS gelesen haben so wie viele andere auch. Das Parallelisierung (soweit möglich) Abläufe beschleunigen kann ist keine Frage, ist aber eben nicht bei jeder Problemstellung beliebig machbar.

Leider kriegt man von ihnen ja nur allgemeine Andeutungen und Anspielungen anstatt mal was konkretes zu erfahren. Vorurteil? Vielleicht wenn ich mich nicht durch ihre Postinghistorie erfolglos durchgesucht hätte. So allerdings fühl ich mich eher bestätigt.

1. Ich habe nicht gewusst, dass

der Standard ein Wissenschaftsmagazin ist.
2. mit genügend Computermuskeln lassen sich Algorithmen vereinfachen und damit parallelisieren, durch Montecarlosimulation zB.

Sie sind einfach ein laecherlicher Anpatzer ohne Background, aber viel Neid.

..

ad1.) Was hat die bisherige Diskussion damit zu tun ob der Standard ein Wissenschaftsmagazin ist? Sie behaupten auf einem Gebiet kompetent zu sein, mehr nicht. Ob das stimmt oder nicht lässt sich von den Posts her (wie sie selbst vorgeschlagen hätten) allerdings nicht ableiten. Falls sie aber ein paar Papers/Projekte nennen an denen sie mitgewirkt haben oder Erstautor waren dann bitte, ich wär wirklich interessiert!

ad2) Was hat der "Computermuskel" mit möglicher Vereinfachung von Algorithmen zu tun?

Naja ich behaupte auch nicht die ganze Zeit dass ich einen bestimmten Background habe, mich würd aber interessieren warum sie glauben ich hätte keinen. Selbiges mit dem Neid. Beliebte Ausflucht zur Zeit :) wird man kritisiert ists halt Neid

das schöne am netz ist ja, man kann einfach alles behaupten.

gezeichnet

Kaiser von China ;-)

Das Vorrecht von Idioten ist

es prinzipiell anzunehmen, sie seien von Idioten umgeben, die nichts anderese wollen, als ihnen die Strahlen weg zu nehmen.

"Ein Schüler Zeilingers, der chinesische Wissenschafter Jian-Wei Pan, hält seit 2011 mit acht verschränkten Photonen den Weltrekord. "

Aussagekräftig und prizipiell repräsentativ für viele Forschungsbereiche.

Dank an die österreichischen Politiker.

Ich weiss es, aber ich verrate es euch nicht.

Wenn der Quantenrechner absolut blind sein soll, dürfte er auch nicht wissen welche Operationen er ausführen soll. Wie soll das bitte gehen? Oder ist er eh nur halbblind und es sind nur die Daten "verschlüsselt"?

die operationen darf er schon kennen (muss er ja auch)

vlt. hilft Ihnen dieses Bild weiter:
Sie besitzen eine maschine, die dinge erhitz und anschließend abkühlt
ich bringe Ihnen jetzt eine box mit etwas drinnen (Sie haben keine ahnung was), Sie machen sie heiß, kühlen sie wieder ab und ich nehm sie wieder mit (ich hab ja was ich will)

Sie wissen jetzt zwar, was sie mit dem boxenihnalt gemach haben, kennen aber weder das anfangs noch das endprodukt

der clou an der sache ist, dass sie die operationen durchführen können, ohne wissen zu müssen, auf was Sie sie eigentlich anwenden

vielleicht hab ich den artikel tatsächlich falsch verstanden (weil gerade der wichtige teil zu kurz kam), aber es hört sich schon eher so an, als wüssten sie dann nicht, ob sie die box kühlen oder aufheizen..

Da freu ich mich schon auf die ersten Quantenhandys! *shrug*

Nicht schlecht...

...für ein Mädchen!!!

frauen sind doch nicht schlechter als männer wenn es um physik geht.

Bazinga!

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