Quantencomputer – Der Traum vom schnellsten Rechner der Welt
Ein Forscherteam aus Aachen und Jülich arbeitet an der Realisierung
Aachen/Jülich. Die Erwartungen der Wissenschaft an Quantencomputer sind groß. Gelten sie doch als zukünftig schnellste Rechner, mit denen bestimmte schwierige Probleme lösbar sind. Einziges Manko, bis heute gibt es noch keinen Quantencomputer. Doch Experten der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich arbeiten im Rahmen des JARA-Instituts für Quantum Information an der Realisierung des Traums vom schnellsten Rechner.
Ein Computer der mehr als Einsen und Nullen kennt
In vielen Bereichen gibt es Rechenaufgaben, die herkömmliche Computer nicht lösen können, da es ihnen an Leistung fehlt. Ein Grund hierfür ist die Architektur der klassischen Bits. Diese haben nur die beiden Zustände „1“ und „0“, Rechenoperationen laufen zudem immer nacheinander ab.
In Quantencomputern würden stattdessen Quantenbits, kurz Qubits, zum Einsatz kommen. Im Gegensatz zu klassischen Bits können Qubits neben den Zuständen „1“ und „0“ eine Zwischenposition, die Superposition, einnehmen. In der Superposition ist das Qubit sowohl im Zustand „1“ als auch „0“. Während dieser Zeitspanne (Kohärenzzeit), in der die Superposition besteht, können Rechenoperationen durchgeführt werden. Erst nach einer Messung sind die Qubits auf einen Zustand festgelegt und das Ergebnis ist ablesbar.
Da ein Quantencomputer nicht aus einem einzelnen Qubit besteht, sondern mehrere parallel arbeiten, ergibt sich für einige wichtige Problemstellungen eine viel höhere Rechenleistung, da die Kombination der Zustände mit der Anzahl der Qubits exponentiell wächst.
Forschung an Halbleiter-Spin-Qubits mit vielen Herausforderungen
Um einen Quantencomputer tatsächlich bauen zu können, sind einige Hürden zu nehmen. Die JARA-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler forschen daher in verschiedenen Bereichen, um die Entwicklung voranzubringen. Halbleiter-Spin-Qubits stehen dabei im Fokus, da sie vielversprechend für die Quanteninformationsverarbeitung sind.
Allerdings ist bisher die Anzahl der miteinander verschränkten Qubits noch zu gering, um von einem einsatzfähigen Quantencomputer zu sprechen. Von Verschränkung spricht man, wenn der Zustand eines Systems mehrerer Teilchen nicht als Verknüpfung unabhängiger Einzelteilchen beschrieben werden kann, sondern als Gesamtzustand.
Die zentrale Herausforderung für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Aachen und Jülich liegt neben der längeren Aufrechterhaltung von Quantenzustände der Qubits, um damit Algorithmen ausführen zu können, in der Erhöhung der Anzahl miteinander verschränkter Qubits. Denn ein einsatzfähiger Quantencomputer wird Millionen von miteinander verknüpfter Qubits benötigen, um seine Rechenaufgaben lösen zu können.
Im Rahmen des fünften JARA-FORUMs, am 18. Oktober 2016 in Berlin, geben Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler von JARA unter anderem Einblick in die Erforschung der Quanteninformation und der Quantencomputer. Zudem werden Svenja Schulze, Ministerin für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen und Thomas Rachel, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung zu dieser Abendveranstaltung erwartet.
Weitere Informationen zur Veranstaltung
JARA – Jülich Aachen Research Alliance
Die Jülich Aachen Research Alliance, kurz JARA, ist ein deutschlandweit einzigartiges Kooperationsmodell der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich. Sie überwindet das Nebeneinander von universitärer und außeruniversitärer Forschung und Lehre, um komplexen Fragestellungen mit vereinter Forschungskompetenz und -kapazität zu begegnen. Die RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich verknüpfen in JARA gezielt Forschungsfelder, auf denen sich ihre jeweiligen spezifischen Stärken wirkungsvoll ergänzen, und schaffen unter dem Motto „Kompetenzen bündeln, Zukunft gestalten“ ein wissenschaftliches Umfeld der Spitzenklasse.
Kontakt:
Sabine Prall
Pressereferentin
Jülich Aachen Research Alliance (JARA)
Tel.: 02461 61 96421
Fax: 02461 61 1816
Mobil: 0151 5105796
Mail: s.prall@jara.org