Weltweit größter Quantencomputer realisiert

Rechnen mit Qubits

Wie in der neuesten Ausgabe der renommierten Zeitschrift Physical Review A ("Approaching Five-Bit NMR Quantum Computing") berichtet wird, gelang es einem Team von Wissenschaftlern der TU München in Garching, der Universität Frankfurt, der Bruker Analytik GmbH und der Harvard University, den weltweit ersten Quantencomputer mit fünf Quanten-Bits (Qubits) zu realisieren und erste Test-Rechnungen erfolgreich auszuführen.

Quantencomputer könnten in Zukunft womöglich die herkömmlichen Rechner mit Siliziumchips ablösen und ungleich höhere Rechenleistungen erbringen. Noch ist das "Quantum computing" allerdings ein sehr junges Forschungsgebiet, das sich damit beschäftigt, Effekte der Quantenphysik dazu zu nutzen, neue, effektivere Computer zu entwicklen. Obwohl es bisher nur gelang, recht rudimentäre Quanten-Computer zu entwickeln, wird dem Gebiet ein großes Potenzial eingeräumt.

Im Gegensatz zu Bits, die nur die zwei Zustände 0 oder 1 haben können, befinden sich die Qubits in einem Mischzustand aller möglichen Werte. Durch die Ausnutzung von Quanten-Effekten könnten Rechnungen möglich werden, die bisher als praktisch unlösbar galten. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass es gelingt, Quantencomputer mit einer weitaus größeren Anzahl, etwa 100 bis 1.000 Qubits zu realisieren.

Der Forschergruppe, der es nun gelang mit Hilfe der NMR-Spektroskopie einen Quantencomputer mit fünf Qubits zu realisieren, gehören unter anderem Prof. Dr. Steffen Glaser, Extraordinarius für Organische Chemie der TUM in Garching, und Raimund Marx, Doktorand von Professor Dr. Christian Griesinger am Institut für Organische Chemie der Universität Frankfurt, an. Die Wissenschaftler nutzten die kernmagnetische Resonanz einer eigens für diesen Zweck synthetisierten chemischen Verbindung mit fünf gekoppelten Kernspins.

Der derzeit größte Quantencomputer hat zwar im Vergleich zu konventionellen Elektronenrechnern noch eine mehr als bescheidene Rechenleistung, er stellt jedoch einen bedeutenden Meilenstein auf dem steinigen Weg zur Realisierung größerer Quantencomputer dar.

Neben dem Quantencomputer sind aber auch neue Algorithmen, wie beispielsweise der Quanten-Such-Algorithmus von Lov Grover vonnöten, um die neuen Möglichkeiten der Quantencomputer zu nutzen. So lässt sich mit dem Grover Search Algorithm (GSA) ein bestimmtes, bekanntes Objekt in einer großen Datenbank sehr schnell finden. Enthält die Datenbank eine Million Einträge, brauche ein normaler Rechner etwa 500.000, um eine solche Aufgabe zu lösen - der GSA soll dies in nur 1.000 Schritten schaffen. Ein von Grover im Mai vorgestellter Algorithmus erlaubt es zudem mittels Sampling, beispielsweise die Telefonnummer einer Person zu finden, an deren Name man sich nur ungefähr erinnern kann.