Verschränkung muss sein

Mit einem einzelnen Qubit ist deshalb praktisch noch nicht viel anzufangen. Wir brauchen ein weiteres Phänomen der Quantenphysik, die Verschränkung. Dabei handelt es sich um ein Quanten-Phänomen, bei dem zwei Teilchen so miteinander verknüpft sind, dass eine Änderung am einen auch eine Änderung am anderen bewirkt - egal, wie weit beide voneinander entfernt sind. Gelingt es, zwei Qubits miteinander zu verschränken, ist ihr gemeinsamer Zustand eine Überlagerung aller Einzelzustände.

Wenn wir nun mit dieser Bit-Kombination rechnen, führen wir unsere Rechnung nicht an einem einzelnen Satz von Werten aus, sondern an allen möglichen Wertekombinationen gleichzeitig. Bei zwei Qubits sind das zwar nur vier Kombinationen, doch die Zahl wächst exponentiell mit der Zahl der verschränkten Qubits.

Fragile Systeme

Forscher haben schon vor einiger Zeit gezeigt, dass sich darauf aufbauend ein sehr leistungsfähiger Computer konstruieren lässt, der klassische Rechner in bestimmten Disziplinen um Längen schlägt. Allerdings stellt es die Wissenschaftler vor große Schwierigkeiten, so ein Gerät zu konstruieren. Quanten-Systeme sind sehr fragil.

Damit sie als Computer nutzbar sind, müssen sie sich widersprechenden Anforderungen genügen: Einerseits müssen die einzelnen Qubits gut voneinander und von der Umgebung isoliert sein, um nicht ihre Quanteneigenschaften zu verlieren (das nennt man Dekohärenz). Andererseits müssen die Qubits untereinander verschränkt sein und sich mit Messungen auslesen lassen.

Weltweit forschen Teams derzeit daran, wie sich all diese Anforderungen am besten umsetzen lassen. Jede Technik hat ihre Vor- und Nachteile. Wer in 20, 30 oder auch 50 Jahren das Rennen machen wird, ist noch lange nicht klar. Gemeinsam haben die Verfahren, dass sie sehr niedrige Temperaturen benötigen: nahe dem absoluten Nullpunkt.