Wiener Physiker: Unordnung könnte Quantencomputer beschleunigen

11. August 2015, 10:42
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Rechenoperationen laufen gleichzeitig in mehreren Reihenfolgen ab

Die seltsamen Vorgänge in der Quantenwelt können für Computer genützt werden, die weit schneller rechnen als herkömmliche. Wiener Physiker haben nun im Fachblatt "Nature Communications" gezeigt, wie es möglicherweise noch schneller geht. Ihren Überlegungen zufolge könnten Rechenoperationen auch in mehreren Reihenfolgen gleichzeitig ablaufen. Dieses ungeordnete Rechnen würde manches beschleunigen.

Qubits statt Bits

Im Gegensatz zum Bit, das die kleinste Informationseinheit in der klassischen Informationstechnologie ist und zwei Zustände (1/0 oder Ja/Nein) einnehmen kann, stellen beim Quantencomputer Quantenzustände die kleinste Einheit dar. Für diese Quantenbits (Qubits) gelten andere Regeln: Sie können nämlich verschiedene Schwebezustände zwischen zwei Möglichkeiten einnehmen – sie befinden sich in "Überlagerungszuständen" oder Superposition, wie die Wissenschafter sagen. Genau darin liegt ihre Stärke, denn mit mehreren Qubits könnte man bestimmte mathematische Probleme weit schneller lösen.

Um in einem Quantencomputer nützliche Rechenoperationen durchführen zu können, werden Quantengatter benötigt. "Wie im herkömmlichen Computer stellt auch im Quantencomputer ein Gatter sozusagen einen Rechenschritt dar", erklärte Philip Walther von der Universität Wien der APA. An einem Quantengatter kann ein auf bestimmte Art und Weise präpariertes Lichtteilchen, das als Träger der Quanteninformation fungiert, manipuliert werden. Da die Physiker von der Uni Wien und der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) vor allem mit Lichtteilchen arbeiten, sind ihre Gatter optische Bauelemente wie Spiegel, Linsen und Glasfaser.

Neuer Ansatz

"Im Standard-Quantencomputer präpariert man seine Daten so, dass man gleichzeitig Nullen und Einsen hat. Dann kommt meine Maschine, die das Ganze manipuliert – meine Gatter, die der Reihe nach etwas tun. Und dann kommt mein Output, also das Ergebnis", erklärte Walther. Das Team um Walther und den Theoretiker Caslav Brukner hatte eine neue Idee: "Die Überlagerung könnte ich ja nicht nur mit den Daten herstellen, sondern ich könnte die Maschine so bauen, dass man auch die Gatter überlagert."

Das würde bedeuten, dass die Lichtteilchen zuerst Gatter A und dann Gatter B und gleichzeitig auch den umgekehrten Weg, also zuerst Gatter B und dann Gatter A, durchlaufen. "Ich kann also Geräte bauen, die mir zwei verschiedene Reihenfolgen überlagern", so Walther. Die Lichtteilchen "wissen" dann also weder, ob sie den Zustand "Null" oder "Eins" einnehmen, noch welchen Weg durch den Quantenrechner sie nehmen.

Diese neue Idee haben die Forscher mit einem kleinen Prototyp im Labor nun umgesetzt. Dabei habe sich gezeigt, dass sich manche Aufgaben schneller erledigen lassen als mit dem Standard-Quantencomputer. "Durch die zusätzliche Überlagerung kann man mehr herauskitzeln", sagte der Forscher. Jetzt gelte es, die Anzahl der überlagerten Gatter zu erhöhen und herauszufinden, für welche Anforderungen das neue Konzept besser geeignet ist. (APA, 11.8.2015)

  • Durch die Superposition von zwei Quantengattern A und B kann eine ungeordnete Quantenrechnung effizienter als eine eindeutig definierte, geordnete Quantenrechnung gelöst werden.
    foto: gruppe philip walther, universität wien

    Durch die Superposition von zwei Quantengattern A und B kann eine ungeordnete Quantenrechnung effizienter als eine eindeutig definierte, geordnete Quantenrechnung gelöst werden.

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