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Der Quantencomputer

Physikern des Atominstituts der Österreichischen Universitäten um TU-Professor Jörg Schmiedmayer ist es erstmals gelungen, Quanteninformation von Lichtteilchen (Photonen) auf Atome und wieder zurück auf Photonen zu teleportieren.

Experiment

Experiment

"Ein wichtiger Schritt in Richtung Quantencomputer", kommentierte Jörg Schmiedmayer das in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature Physics" veröffentliche Experiment gegenüber der APA.

Seit Jahren tüfteln Wissenschafter an der Verwirklichung von Quantencomputern. Diese Rechner sollen anstatt Transistoren und Halbleitern die Phänomene der Quantenmechanik nutzen, um Berechnungen anzustellen. Durch die Verwendung von Quanten-Bits - sogenannten Qubits - anstatt Einser und Nullen im herkömmlichen Computer vergrößert sich gleichsam der Rechenraum. Es können viele Rechenprozesse parallel ablaufen und Rechnungen durchgeführt werden, die mit herkömmlichen Computern nicht machbar sind, versprechen die Physiker.

Quanten Zustände (Quanten Bits) sind äußerst sensitiv gegenüber Störung. Verschiedene physikalische Systeme haben dabei unterschiedliche Vorteile bei der Übermittlung, Manipulation und der Speicherung von Quanten Zuständen. Photonen (Lichtteilchen) sind zum Beispiel hervorragend geeignet für die Kommunikation von Quanten Zuständen: sie sind schnell und robust, jedoch sind sie extrem schwer zu speichern. Atomare Ensembles hingegen sind sehr langlebig und können für die Speicherung von Quanten Zuständen verwendet werden. Ihre inhärente Präzision und lange Kohärenz-Zeit bilden die Grundlage für moderne Atomuhren. Die Verknüpfung dieser beiden Systeme galt lange als eine große Herausforderung.

Physiker versuchen daher seit längerem, die in den Lichtteilchen vorhandene Information auf handfestere Quanten, etwa Atome, zu übertragen. 2006 ist das unter der Mitwirkung von Klemens Hammerer vom Innsbrucker Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gelungen.

Information für acht Mikrosekunden gespeichert

Schmiedmayer ist mit seinem Experiment jetzt noch einen wichtigen Schritt weiter gegangen. Er übertrug zuerst den Quantenzustand eines Lichtteilchens - im Detail die Schwingungsebene oder Polarisation - auf eine Wolke von ultrakalten Rubidium-Atomen. Das Rubidium war im Experiment imstande, die Information für acht Mikrosekunden (eine Mikrosekunde ist der millionste Teil einer Sekunde) zu speichern.

Anschließend gelang es, die Information wieder auf ein Photon zu übertragen - in der Computersprache: "sie konnte ausgelesen werden". Dieses Photon wäre für weitere Operationen zur Verfügung gestanden. Die Speicherung der Information für acht Mikrosekunden mutet zwar extrem kurz an, Schmiedmayer ist allerdings zuversichtlich diesen Zeitraum "in den Sekundenbereich" ausdehnen zu können. Die acht Mikrosekunden seien im Design des Experiments begründet gewesen und kein Naturgesetz.