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Rechnen mit Quanten

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Fieberhaft wird an der Entwicklung eines praxistauglichen Quantenrechners geforscht. Doch viele Probleme sind von einer Lösung noch weit entfernt. (Foto: IQOQI/Harald Ritsch)
Am kommenden Dienstag, dem 17. November, erscheint die Dezemberausgabe von bild der wissenschaft. Das Titelthema behandelt einen Traum vieler Physiker: den Quantencomputer. Kommt diese Wundermaschine oder kommt sie nicht?

Seit Jahrzehnten träumen die Physiker vom Quantencomputer – einer Maschine, die mathematische Probleme so märchenhaft schnell löst, dass sie selbst die leistungsfähigsten herkömmlichen Superrechner weit hinter sich lassen würde. Ermöglichen sollen das die Gesetze der Quantenphysik. Sie erlauben es, dass etwa Atome oder Photonen mehrere Zustände gleichzeitig annehmen können. Dadurch könnte man Unmengen von Daten auf winzigem Raum speichern und unzählige Rechenoperationen gleichzeitig ausführen lassen.

So eine Wundermaschine, sind viele Wissenschaftler überzeugt, könnte helfen, maßgeschneiderte neue Materialien zu designen, verschlungene elektronische Schaltpläne und Flugrouten von Raumsonden zu optimieren oder komplexe chemische Reaktionen zu simulieren – zum Beispiel bei der Suche nach neuartigen Medikamenten.

Empfindliche Quanten

In etlichen Forschungslabors existieren bereits funktionierende Quantencomputer. Doch sie bestehen bislang aus kaum mehr als einem Dutzend Recheneinheiten, sogenannten Qubits. Für einen großen und leistungsstarken Quantenrechner aber wären Tausende oder gar Millionen Qubits nötig, die alle in enger quantenphysikalischer Tuchfühlung zueinander gehalten werden müssten. Die Wissenschaftler sind sich uneins, ob sich das jemals realisieren lässt. Vor allem die hohe Empfindlichkeit der Quanten-Einheiten bereitet ihnen Kopfzerbrechen: Selbst kleinste Störungen bringen die wundersame Rechenmaschine aus dem Takt.

In der Titelgeschichte der aktuellen Ausgabe von bild der wissenschaft erfahren Sie, wie die Forscher diese Herausforderung meistern wollen und wie die Chancen stehen, dass wir in absehbarer Zukunft mit Unterstützung der Quantenphysik rechnen werden. Die könnte übrigens auch beim Sichern sensibler Daten gegen einen unerlaubten Zugriff eine entscheidende Rolle spielen. Digitale Informationen, die mithilfe der Quantenkryptografie verschlüsselt wurden, sind theoretisch gegen jeglichen heimlichen Lauschangriff gefeit. Aber in der Praxis gibt es selbst da Schlupflöcher für Datendiebe.

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Auch darüber lesen Sie im Dezemberheft von bild der wissenschaft.

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