Quantencomputer

Sieben Jahre lang haben die Entwickler des D-Wave mit Forschern darüber gestritten, ob sie einen Quantencomputer geschaffen haben. Ein neues Experiment stärkt die Kritiker.

Quantencomputer könnten heute gängige Verschlüsselungs- und Signaturverfahren brechen. Laut den jüngsten Snowden-Enthüllungen forscht die NSA an derartigen Technologien. Wir haben die wichtigsten Hintergründe zusammengefasst.

Die NSA unterstützt nicht nur öffentliche Projekte zum Bau eines Quantencomputers. Für ein geheimes Projekt zum Knacken von Verschlüsselung gibt der Geheimdienst Millionen Dollar aus.

Das BSI fordert, in den Regierungsstellen TLS 1.2 mit Perfect Forward Secrecy einzusetzen. Bis alles umgestellt ist, ginge auch noch übergangsweise TLS 1.0, wenn Maßnahmen gegen bekannte Angriffe ergriffen würden.

Forscher aus den USA haben ein neues Verhalten von Photonen entdeckt: Unter bestimmten Umständen interagieren die Lichtteilchen und verhielten sich wie Moleküle. Die Forscher vergleichen dieses Verhalten mit den Lichtschwertern der Jedi.

Die NSA soll auch in der Lage sein, verschlüsselte Verbindungen zu knacken. Ein Überblick über kryptographische Algorithmen und deren mögliche Probleme.

Google und die Nasa haben gemeinsam eine Forschungseinrichtung für künstliche Intelligenz gegründet. Mit Hilfe eines Quantencomputers wollen sie unter anderem bessere Vorhersagemodelle entwickeln.

Bis zum "Beam me up, Scotty" ist es noch ein sehr langer Weg - aber einen kleinen Schritt haben Wissenschaftler der University of Science and Technology in Schanghai möglicherweise gemacht: Sie haben einen neuen Rekord beim Teleportieren von Photonen aufgestellt.

IBM vermeldet einen Durchbruch auf dem Weg zum Bau eines Quantencomputers: IBM-Forscher konnten die Leistung wesentlicher Bauteile so weit verbessern, dass es fast möglich ist, einen praktisch nutzbaren Quantencomputer in nennenswerter Größe zu bauen.

Genervt von den Kritikern, hat ein MIT-Informatiker 100.000 US-Dollar für den Beweis ausgelobt, dass ein funktionierender Quantencomputer unmöglich ist. Er selbst glaubt, dass dessen Entwicklung "nur eine Frage von Aufwand, Zeit und Innovation" ist. Ein Beweis der Unmöglichkeit wäre aber eine Sensation.

Wissenschaftler in Dänemark haben eine neue Methode gefunden, um Halbleiter zu kühlen: Sie bestrahlen eine Nano-Folie mit Laserlicht. Dieses Prinzip der Laserkühlung könnte unter anderem zu schnelleren Quantencomputern führen.

28C3 Der diesjährige Kongress 28C3 hat eine kämpferische Hackerszene offenbart. Der Veranstalter CCC feierte seine Entdeckung des Staatstrojaners und die Hacker hackten sich in Hörgeräte.

Forscher der britischen Universität in Bristol haben ein neues System aus Wellenleitern für Quantencomputer gebaut, mit dem sich die Verschränkung von Photonen gezielt steuern lässt. Dazu entwickelten sie einen Chip, der sich wie ein herkömmlicher Halbleiter fertigen lässt.

Innsbrucker Forscher haben einen wichtigen Entwicklungsschritt hin zum Quantencomputer gemacht: Sie haben erstmals 14 Qubits miteinander verschränkt und so ein Quantenregister mit 14 Recheneinheiten geschaffen. Nebenbei haben sie damit auch ihren eigenen Rekord gebrochen.

Einzelne Atome könnten in Zukunft als Datenspeicher in einem Quantencomputer dienen: Deutsche Wissenschaftler haben eine Möglichkeit gefunden, ein Qubit in ein Rubidium-Atom zu übertragen und wieder auszulesen.

Ein Team um den Münchner Professor Rudolf Gross hat nun eine extrem starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erzielt. Die Kopplung von Quantenbits mit Lichtquanten könnte ein Schritt in Richtung Quantencomputer sein.

Simulationssoftware läuft effizient auf vielen Prozessoren. Der Jülicher Supercomputer Jugene simuliert das weltweit größte Quantencomputersystem mit 42 Qbit. Das soll neue Möglichkeiten zur Erforschung von Quantencomputern eröffnen, während im Labor nur kleine Prototypen von Quantencomputern mit einer Kapazität von wenigen Qbit existieren.

Phosphor im Silizium. Finnische und australische Wissenschaftler haben einen der ersten Transistoren gebaut, dessen Schaltelement nur aus einem einzelnen Atom besteht. Für die gängige Halbleiterfertigung ist das Verfahren aber nicht gedacht, vielmehr soll es künftigen Quantencomputern dienen.

System kann unterschiedliche Programme mit zwei Qubits verarbeiten. Physiker am National Institute of Standards and Technology (NIST) haben einen ersten universell programmierbaren Quantenprozessor demonstriert. Dieser soll in der Lage sein, jedes Programm auszuführen, das die Regeln der Quantenmechanik mit zwei Qubits zulassen.

US-Universität erforscht einfachere Testsysteme. Nach dem Qubit, der Informationseinheit eines Quantencomputers, kommt das Qudits. Es kennt nicht zwei oder wie bisher maximal drei Zustände, sondern d Zustände - daher der Name. An der Universität von Santa Barbara (UCSB) hat man nun für die Qudits ein vergleichsweise einfaches Testsystem gebaut.

Erstmals Teleportation zwischen Atomen über eine größere Entfernung. Wissenschaftlern in den USA ist es gelungen, den Quantenzustand von einem Atom zu einem anderen über einen Meter zu teleportieren. Bisher war das nur zwischen wenige Mikrometer voneinander entfernten Atomen möglich. Die Entdeckung könnte ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung von Quantenkommunikation und Quantencomputer sein.

Entwicklerversion Libquantum 1.1.0 mit neuer Simulationsmethode. Der freie Quantensimulator libquantum ist in gleich zwei neuen Versionen erschienen. Zum einen legten die Entwickler die stabile Version 1.0.0 vor, veröffentlichten mit libquantum 1.1.0 aber zugleich eine neue Entwicklerversion.

Chip soll bis 2010 serienreif sein. Forscher von Siemens IT Solutions and Services, des Austrian Research Center und von der Technischen Universität Graz haben gemeinsam einen Chip für die Quantenkryptographie entwickelt und gebaut. Ihren Angaben zufolge ist das der erste Chip dieser Art für industrielle Anwendungen.

Neue Entdeckung soll Entwicklung von Quantencomputern voranbringen. Ein Team von Wissenschaftlern der Universität von Princeton hat nachgewiesen, dass der sogenannte Quanten-Hall-Effekt auch unter natürlichen Umständen auftreten kann. Bislang trat er nur unter Einwirkung von Magnetfeldern auf. Die Forscher glauben, dass ihre Entdeckung zu Fortschritten bei der Entwicklung von Quantencomputern führen werde.

Wichtiger Schritt für Quantencomputer. Wissenschaftler vom Swiss Nanoscience Institute an der Universität Basel und vom Massachusetts Institute of Technology haben einen wichtigen Fortschritt bei der Entwicklung des Quantencomputers erzielt: Sie konnten den magnetischen Zustand eines Elektrons, den so genannten Elektronenspin, eine Sekunde lang stabil halten. Bislang war das nur Bruchteile von Sekunden lang möglich.

Verstärkung durch Zwischenspeicherung. Wissenschaftlern aus Deutschland, Österreich und China ist ein neuer Schritt in der Teleportation von Quantenzuständen gelungen. Sie haben dabei den unbekannten Quantenzustand eines Photons zunächst auf einen atomaren Quantenspeicher übertragen, wo der Zustand für etwa acht Mikrosekunden zwischengespeichert wurde. Danach wurde der Quantenzustand ausgelesen und auf ein Photon übertragen.

Zwei Qubits auf einem Chip und Datenübertragung zwischen Qubits. Wissenschaftler des deutschen Max-Planck-Instituts und der niederländischen Universität von Delft haben unabhängig voneinander neue Forschungsarbeiten zu Quantencomputern veröffentlicht. Während man sich in München mit der Datenübertragung zwischen mehreren Quantenspeichern beschäftigt hat, haben die Niederländer zwei so genannte Qubits auf einem Halbleiter-Element miteinander verbunden.

Einen Schritt näher an einem Quantencomputer aus Phosphor und Silizium. Physiker der Technischen Universität München, der University of Utah und des Hahn-Meitner-Instituts in Berlin-Adlershof sind der Realisierung eines Quantencomputers aus Phosphor und Silizium einen Schritt näher gekommen. Eine Kombination aus elektrischen, magnetischen und optischen Effekten erlaubt es, den magnetischen Zustand der Phosphoratome zu bestimmen.

Auf dem Weg zum Quantencomputer. Auf dem Weg zu einem so genannten Quantencomputer haben Physiker der Universität Bonn eine Art "Laserpinzette" entwickelt, mit der sie bis zu sieben einzelne Atome auf einer Linie wie bei einer Perlenschnur hin- und herschieben können.

Rohschlüssel mit 4 MBit/s über 1 km übertragen. Das zum US-Wirtschaftsministerium gehörende "National Institute of Standards and Technology" (NIST) hat einen neuen Rekord in Sachen Quanten-Kryptographie aufgestellt. Die Forscher um Physiker Xiao Tang konnten Quanten-Schlüssel mit einer Geschwindigkeit von 4 MBit/s über eine Glasfaserstrecke von 1 km übermitteln.

Kompakte Ionenfalle auf der Fläche einer Briefmarke. Forscher der Universität Michigan haben nach eigenen Angaben den bislang ersten skalierbaren Quanten-Computerchip entwickelt, hergestellt mit den gleichen Techniken, die auch zur Fertigung aktueller Computerchips zum Einsatz kommen.

Von Tastaturen mit Display, Prozessoren mit mehreren Kernen und Wohlfühl-LCDs. Viele Themen bestimmten das Jahr 2005, einige davon wollen wir in unserem vierteiligen Jahresrückblick noch einmal Revue passieren lassen. Der Blick nach hinten mit etwas Abstand lässt das Eine oder Andere deutlicher werden und bietet zugleich Stoff zum Nachdenken, nachdenken über das, was 2006 zu erwarten ist. Dieser vierte und letzte Teil richtet seinen Blick auf die PC-Hardware, angefangen bei Maus und Tastatur über Prozessoren, die zunehmend mit mehr als einem Kern ausgestattet sind und Grafikkarten, die wieder im Doppelpakt auftreten, bis hin zu Visionen von Elektronik mit Bewusstsein.

Forscher verschränken acht Ionen. Innsbrucker Forschern um Prof. Dr. Rainer Blatt und Dr. Hartmut Häffner ist es erstmals nachweislich gelungen, eine größere Anzahl von Atomen miteinander zu verschränken und so ein "Quantenbyte" (Qubyte) zu realisieren.

16.000 Angestellte feiern in Seattle großes Jubiläum. Am Freitag, dem 23. September 2005, feiert Microsoft im Rahmen einer jährlichen Firmenveranstaltung in Seattle das 30-jährige Bestehen des Unternehmens. Über 16.000 Angestellte werden teilnehmen und das Microsoft-Management will die Gelegenheit nutzen, über die Vergangenheit, die Gegenwart und die Zukunft zu reflektieren.

Fortschritt auf dem Weg zum Quantencomputer. Physiker am National Institute of Standards and Technology (NIST) haben einen Speicher für Quantencomputer auf Basis von Ionen demonstriert, der seine Daten länger als 10 Sekunden hält - mehr als 100.000-mal länger als in vorherigen Experimenten mit den gleichen Ionen. Damit kommt man praxistauglichen Quantencomputern wieder einen Schritt näher.

Forscher nutzen einzelne Photonen als Köder gegen Lauschangriffe. An der Universität von Toronto haben Wissenschaftler eine neue Methode entwickelt, um den Austausch von kryptografischen Schlüsseln zu sichern. Ein potenzieller Lauscher verrät sich dabei selbst, indem er auf Köder hereinfällt.

Forscher nutzen einzelne Moleküle als überlegene Photonenquelle. Forscher des University College London und der Ludwig-Maximilians-Universität München haben eine neue Methode entwickelt, um Photonen bzw. Quanten elektromagnetischer Energie über einen langen Zeitraum auszustrahlen, die in ihren Eigenschaften ununterscheidbar sind. Damit wollen die Forscher die Entwicklung eines Quantencomputers vereinfachen.

Prototyp aus Österreich erreicht Geschwindigkeit von mehr als 1 MBit/s. Im Rahmen des Projekts PRODEQUAC entwickelten jetzt Forscher um Prof. Anton Zeilinger vom Institut für Experimentalphysik der Universität Wien den Prototypen einer Hardware-Firewall, die einen sicheren, per Quantenkryptographie geschützten Datenaustausch ermöglichen soll. Mit Hilfe des Gerätes sollen sich sensible Daten jeder Art bis hin zu IP-Telefongesprächen oder Videokonferenzen mit höchster Sicherheit austauschen lassen.

Forscher verändern Elektronen-Spin in gewöhnlichen Transistoren. Forscher an der Universität Kalifornien in Los Angeles (UCLA) haben einen kleinen Durchbruch auf dem Weg zur Entwicklung von Quanten-Computern errungen. Ihnen gelang es, den Spin eines Elektrons in einem gewöhnlichen Transistor-Chip zu verändern, wobei sie entdeckten, dass sich dabei die Ladung ändert. Damit sei gezeigt, dass herkömmliche Chips auch für Quanten-Computern genutzt werden können.

Quantum-Dot-Chips der Uni Tokio und Fujitsu überwinden technische Hürde. Mittels Quantum-Dot-Chips ist es Forschern der Universität Tokio und des Herstellers Fujitsu gelungen, ein einzelnes Photon bei Datenübertragungs-Wellenlängen zu generieren. Die Partner bezeichnen die Entwicklung als einen großen Schritt in Richtung praktischer Anwendung von Quanten-verschlüsselter Datenübertragung.

Simulationen mit bis zu 27 Qubits über das Web möglich. Das Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (FIRST) in Berlin bietet jetzt einen kostenlosen Web-basierten Zugang zu seinem "Fraunhofer Quantum Computing Simulator" an. Die parallele Simulations-Engine erlaubt die Untersuchung von Quantenprozessen mit bis zu 31 Qubits.

Gemeinsames Forschungszentrum SpinAps gegründet. IBM arbeitet im Bereich "Spintronik" mit der Universität Stanford zusammen. Dazu habe man gemeinsam das IBM-Stanford Spintronic Science and Applications Center (SpinAps) gegründet. Man hofft, mit Hilfe von Nanotechnologie Computerchips grundlegend zu verändern.