Verschiedene Konzepte für Qubits

Mit Hilfe der Quantenphysik kann zwar berechnet werden, was passiert, wenn Elektronen in bestimmten Zuständen miteinander interagieren. Diese Rechnungen sind aber sehr komplex. Der Physiknobelpreisträger Richard Feynman schlug deshalb vor, die Rechnungen einfach der Natur zu überlassen und nur noch das Ergebnis zu messen - und das ist das Konzept des Quantencomputers.

Photonen können Qubits sein

Die Qubits, die in Quantencomputern zum Einsatz kommen sollen, sind zwar keine einzelnen Elektronen, deren Spin gemessen wird, aber sie weisen alle die gleichen Eigenschaften auf, die sich mit den gleichen Formeln berechnen lassen. Dabei kommen unterschiedliche Techniken zum Einsatz. So lassen sich Photonen einer Wellenlänge für Quantenexperimente ausnutzen, das erfordert aber entweder sehr komplexe Aufbauten oder erlaubt nur sehr begrenzte Berechnungen. Andere Konstruktionen beruhen auf supraleitenden Schwingkreisen, in denen nur bestimmte Niveaus von Strömen fließen können.

Wieder andere Konstruktionen beruhen auf den Anregungsniveaus von neutralen Atomen oder Ionen knapp über dem absoluten Nullpunkt der Temperatur. Einige Experimente mit einzelnen Atomen neben Störstellen in Diamantkristallgittern konnten zuletzt sogar bei Zimmertemperatur brauchbare Ergebnisse erzielen. Gesucht wird dabei vor allem eine möglichst große Stabilität gegenüber ungewollten äußeren Einflüssen.

Anders als in digitalen Computern können äußere Einflüsse nicht so leicht gedämpft werden, weil sie sich auf einem so niedrigen Energieniveau abspielen. Aber inzwischen werden erste Techniken zur Korrektur von Fehlern in Quantencomputern entwickelt, die aber ihrerseits Dutzende Qubits benötigen und eine Mindeststabilität der Qubits voraussetzen, um effektiv zu sein.

Wie die verschiedenen Konstruktionen für Qubits funktionieren, die einmal in Quantencomputern eingesetzt werden sollen, und welche Vor- und Nachteile sie haben, wird in einem weiteren Artikel besprochen.