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Milchstraße (Symbolbild): Niemand versteht die Quantenphysik.
Milchstraße (Symbolbild): Niemand versteht die Quantenphysik. (Bild: California Institute of Technolog)

Spukhafte Fernwirkung

Bei der Konstruktion eines Quantencomputers kommt es wegen der Unschärferelation darauf an, die Messgrößen schlau zu wählen, die für bestimmte Ergebnisse stehen sollen. Der Tunneleffekt, der bei Mikroprozessoren genutzt wird, beruht im Grunde auf der Unschärferelation.

3. Die Verschränkung

Das Phänomen der Verschränkung hat Einstein besonders irritiert. Stellen Sie sich ein Würfelpaar vor, das ein Physiker vor Ihren Augen mit Physik-Magie behandelt. Dann gibt er Ihnen den einen Würfel und behält den anderen. Sie reisen auf den Mars, der Physiker bleibt auf der Erde. Doch wann immer Ihr Würfel eine gerade Zahl wirft, zeigt der Würfel des weit entfernten Physikers eine ungerade. Und zwar im selben Moment! Nicht erst nach ein paar Stunden, wenn die mit Lichtgeschwindigkeit von Ihnen zur Erde geschickte Nachricht dort eintrifft, in der Sie Ihr Ergebnis mitteilen.

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Genau so funktioniert Verschränkung, die Physiker erfolgreich an Photonen, supraleitenden Schaltkreisen, Ionen, Atomen und großen Molekülen getestet haben. Den Rekord dafür hält ein internationales Forscherteam, das die Verschränkung von Photonen über eine Entfernung von 144 Kilometern nachweisen konnte. Einstein nannte das eine spukhafte Fernwirkung. In der Science Fiction nutzt man den Effekt gern für überlichtschnelle Kommunikation. Das Problem dabei ist nur, dass der Informationsgehalt einer solchen Sendung gleich null wäre - denn welchen Wert die verschränkten Teilchen annehmen, das ist leider stets blanker Zufall. Sie können vom Mars aus also weder 0 noch 1 senden, sondern nur einen zufälligen Wert. Das wäre anders, könnten Sie dem Empfänger auf anderem Weg mitteilen, was bei Ihnen passiert ist - aber dann ist doch wieder die Lichtgeschwindigkeit die Grenze.

Quantencomputer arbeiten mit Verschränkung

Echte Quantencomputer arbeiten direkt mit der Verschränkung, denn sie ist die zweite geheime Ingredienz für ihre unglaubliche Leistungsfähigkeit. Eine mathematische Operation wirkt immer gleichzeitig auf alle verschränkten Qubits des Quantencomputers. Sie haben also einen Rechner vor sich, der in einem Rechenschritt im selben Moment an einer großen Zahl von Qubits arbeiten kann, die wiederum dank Superposition zahlreiche Werte gleichzeitig annehmen.

Die Leistungsfähigkeit eines Quantencomputers hängt nachvollziehbarerweise direkt davon ab, wieviele verschränkte Qubits er enthält. Leider ist es praktisch nicht trivial, diese Verschränkung herzustellen und zu bewahren. Die Physiker machen hier nur allmähliche Fortschritte. Deshalb sind derzeit auch unechte Quantencomputer - wie etwa die Modelle, die die Firma D-Wave unter anderem an Google verkauft hat - ein interessantes Forschungsfeld. Sie arbeiten nur mit der Superposition und erreichen dadurch leichter eine hohe Zahl von Qubits. Sie sind allerdings, darüber sind sich die Forscher einig, nicht so leistungsfähig wie echte Quantencomputer. Was sie wirklich leisten, das versuchen Google & Co. gerade herauszubekommen.

"Ich hoffe", sagte Physik-Professor Feynman seinen Zuhörern, "Sie können die Natur einfach als das akzeptieren, was sie ist: absurd." Vermutlich fiele einem Mikro-Wesen, dessen Alltag die Welt der Quanten ist, das Verständnis unserer Realität genauso schwer. Wo und wie genau der Übergang zwischen beiden Welten stattfindet, die Dekohärenz, ist übrigens ein nach wie vor nicht endgültig geklärtes Problem. Das ist schade, denn es wäre absolut praktisch, mit einem Fahrrad durch den Berg tunneln zu können, wie es Elektronen schaffen, statt sich darüber hinwegzuquälen. Und die Quantencomputer-Konstrukteure hätten es ebenfalls einfacher, denn die unvermeidbare Dekohärenz gehört zu den schwierigsten Herausforderungen, vor denen sie stehen.

Die Quanten kommen: spannende Expertenvorträge und Paneldiskussionen rund um Quantencomputer, Quantennetzwerke, Quanten - und Postquantenverschlüsselung auf der ersten eigenen Golem.de-Konferenz am 23. Juni 2017 in Berlin. Jetzt Ticket sichern!

 Die Superposition und die Katze

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derdiedas 10:49

Na ja ich denke wir verstehen schlichtweg bis zur Entdeckung der "Weltformel" unser...

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Trollversteher 24. Apr 2017

Ähem, also im Gegensatz zu Dir hat der "Troll" seine Aussagen auch ausführlich...

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thesmann 22. Apr 2017

Doch. Nach der Relativitaetstheorie ist die einfache Aufsummierung falsch! Dass es in...

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Pete Sabacker 20. Apr 2017

Na, ich steh' hier immerhin wie 'n Ochs vorm Berg! :) Ist das bei Teilchen denn...

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johnsonmonsen 20. Apr 2017

Hallo jkalden, vielen Dank für Deine sehr ausführliche Erklärung inkl. Quellenangabe! Die...

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