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Hybride Quantencomputer
Alfred unegg 13.03.2015

Hybride Quantencomputer

TU Wien Zukünftige Quantenrechner werden herkömmliche Systeme um ein Vielfaches an Performance übertreffen

Am Atominstitut der TU Wien wird an Verfahren gearbeitet, die das Verschränken von Teilchen ermöglichen.

Wien. Noch gibt es im Supermarkt keine Quanten-Geräte zu kaufen, auch wenn die Quantentechnologie in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht hat. Anwendungsideen gäbe es allerdings viele: Quantencomputer würden unsere heutigen Rechner drastisch übertreffen, auch in der Kommunikations- und in der Messtechnik könnten Quantentechnologien großen Nutzen bringen. Dass es noch nicht ganz so weit ist, liegt daran, dass jedes Quantensystem – vom einzelnen Lichtteilchen bis zum Supraleiter – gewisse Nachteile mit sich bringt. Eine mögliche Lösung sind daher hybride Quantentechnologien, die aus zwei oder mehreren verschiedenen Systemen bestehen und die Vorteile der einzelnen Bestandteile verbinden.

Auch an der TU Wien wird daran geforscht: An theoretischen Untersuchungen von Hybrid-Systemen arbeitet Peter Rabl, Experimente dazu kommen von den Teams rund um Jörg Schmiedmayer und Johannes Majer (alle Vienna Center for Quantum Science and Technology, Atominstitut, TU Wien).

Verschiedene Zustände

„Eine ganz entscheidende Eigenschaft von Quantensystemen ist, dass sie sich in unterschiedlichen Zuständen gleichzeitig befinden können”, erklärt Schmiedmayer. „In der klassischen Welt, die wir im Alltag erleben, hat jedes Objekt einen eindeutigen Zustand; in der Quantenwelt ist das anders – dort können sich Objekte in unterschiedlichen Zuständen gleichzeitig befinden, zumindest solange man nicht exakt misst. Für zukünftige Computer bietet das tolle Möglichkeiten: Unsere heutigen Rechner kennen nur die Zustände null oder eins; ein Quantencomputer hingegen könnte mit beliebigen Überlagerungen von null und eins arbeiten und viele Möglichkeiten gleichzeitig verarbeiten, die ein klassischer Computer mühsam nacheinander abarbeiten muss.”

Vor- und Nachteile

Solche Quanten-Überlagerungszustände lassen sich heute mit ganz unterschiedlichen physikalischen Systemen studieren: „Photonen können gleichzeitig horizontal und vertikal schwingen, in einem supraleitenden Schwingkreis kann der Strom gleichzeitig rechtsherum und linksherum fließen, der Drehimpuls von eingefangenen Ionen kann gleichzeitig in unterschiedliche Richtungen zeigen”, sagt Schmiedmayer. „Wir haben heute viele technische Möglichkeiten zur Verfügung, doch alle haben Vor- und Nachteile.”So lässt sich etwa mit freien Photonen Information ganz ausgezeichnet übertragen – auf einer Funkstrecke oder auch im Glasfaserkabel. Speichern kann man diese Photonen allerdings nicht. Für die Speicherung von Information sind beispielsweise Atome geeignet, die in elektromagnetischen Feldern festgehalten werden. Wie schnell Quantentechnologien tatsächlich in unseren Alltag einziehen werden, lässt sich aus heutiger Sicht schwer abschätzen. Klar ist für Jörg Schmiedmayer allerdings: „Irgendwann kommen die Quantentechnologien, und wenn sie kommen, dann werden es sicher hybride Quantensysteme sein.” www.tuwien.co.at

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