IBM meldet Erfolg bei atomaren Computern
Moleküle im Reagenzglas berechnen Primzahlen

Wissenschaftler setzen große Erwartungen auf den Quantencomputer. Er soll eines Tages die heutigen Rechner ersetzen, in denen Chips aus Silizium die Arbeit verrichten. IBM hat nun in einem Laborexperiment gezeigt, dass Moleküle tatsächlich einfache Aufgaben lösen können.

HB DÜSSELDORF. Chemikalien können rechnen: Fünf Fluor- und zwei Kohlenstoffatome haben die Zahl 15 in ihre Primzahlen 3 und 5 zerlegt. IBM-Forscher am Almaden Research Center haben diesen so genannten Quantencomputer gebaut - einen Rechner, bei dem einzelne Atome die Aufgaben der Mikroprozessoren und Speicherchips übernehmen.

Die Rechenaufgabe ist zwar simpel. Es ist aber die komplizierteste, die ein Quantencomputer bisher lösen konnte. "Jetzt stehen wir vor der Herausforderung, Quantencomputer in die technische Realität zu übertragen", sagt Isaac Chuang, Chef des Entwicklungsteams.

Auf Quantencomputer setzen Forscher große Hoffnungen. Denn die Möglichkeiten, mit traditionellen Methoden die Leistungen der Computer zu erhöhen, werden an ihre Grenzen stoßen. So können etwa Halbleiterchips irgendwann nicht mehr weiter verkleinert werden. Quantencomputer könnten dann die Lösung sein: Einzelne Teilchen stellen ein Bit dar.

Dass ein Quantencomputer theoretisch geeignet ist, eine Zahl in ihre Primzahlen zu zerlegen - also Zahlen, die nur durch 1 oder sich selbst teilbar sind - , hat vor sieben Jahren der US-Wissenschaftler Peter Shor vorausgesagt. Der Algorithmus wurde nach ihm benannt.

Eines Tages schneller als Supercomputer

Für Zahlen wie 15 oder 232 ist die Teilung einfach, schwieriger wird es bei größeren Werten. Die Zeit, die ein Computer für eine derartige Kalkulation braucht, nimmt exponentiell zu - je mehr Stellen die Zahl hat. Der gültige Rekord stammt aus dem Jahr 1999: Die Zahl hatte 155 Stellen. 292 zusammengeschaltete Computer brauchten ein halbes Jahr, um diese Zahl zu berechnen. Für eine Zahl, die doppelt so lang ist, bräuchten sie einige hundert Millionen Jahre. IBM-Manager Nabil Amer: "Eines Tages sind Quantencomputer vielleicht in der Lage, Probleme zu lösen, die so komplex sind, dass selbst die mächtigsten Supercomputer sie nicht in Millionen von Jahren lösen könnten."

Während in der klassischen Physik ein Bit immer nur eine Information gleichzeitig übertragen kann - 0 oder 1, gilt diese Regel in der Quantenphysik nicht mehr: Ein Quantenbit kann die Zustände 0 und 1 gleichzeitig einnehmen - Wissenschaftler nennen das Superposition. Durch die Kombination von Quantenbits können also wesentlich mehr Informationen übertragen werden als durch klassische Bits. Zudem laufen mehrere Prozesse parallel ab. Außerdem fungieren Quantenbits gleichzeitig als Prozessor und Speicher.

Verschiedene Objekte können Quantenbits sein: polarisierte Photonen, bestimmte Elektronen oder Atome. Für den primitiven Quantencomputer, der im Almaden-Labor von IBM die Zahl 15 in 3 und 5 zerlegte, entwickelten die Wissenschaftler ein spezielles Molekül mit fünf Fluor- und zwei Kohlenstoffatomen. Jedes Atom stellt ein Quantenbit dar. Beeinflusst wurden diese Atome mit Hilfe der Kernspinresonanz - das Verfahren wird in der Medizin etwa bei der Computertomographie verwendet.

Moleküle in einem Reagenzglas vereint

Neben IBM forschen auch Hewlett-Packard und AT & T sowie Universitäten an dieser Technologie. Das größte Problem: Das Verfahren ist hochgradig anfällig für Fehler. Außerdem ist die Steuerung der Quantenbits sehr kompliziert - sie müssen sorgfältig von äußeren Einflüssen abgeschirmt werden, die diese ständig verändern. Da die IBM-Forscher die Moleküle nicht einzeln beeinflussen konnten, haben sie 1018 davon - vereint in einem in einem Reagenzglas - bearbeitet.

Forscher Shor, der für die AT & T Laboratories arbeitet, nannte das Experiment der IBM-Leute "beeindruckend", wies aber gleichzeitig darauf hin, dass der Weg noch weit ist, bis die Technik in der Praxis nützlich eingesetzt werden kann. Erste Anwendungen für den Quantencomputer sieht er in der Unterstützung heutiger Prozessoren bei der Lösung hoch komplizierter Aufgaben, wie sie zurzeit Supercomputer erledigen. Quantencomputer könnten eines Tages auch komplizierte Suchaufgaben erheblich erleichtern.

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