Quantencomputer: Wenn Atome rechnen lernen

Die heute üblichen Computer arbeiten seit vielen Jahrzehnten nach demselben Prinzip: nämlich mit Millionen von Transistoren. Transistoren sind Schalter, die den Strom entweder durchlassen oder nicht. Sind die Schalter aus, sind wenig Elektronen im Transistor, ist er an, sind es viele.

Den beiden Zuständen werden die Ziffern (Bits) 0 und 1 zugeordnet. Damit werden dann die digitalen Informationen (Bits) gespeichert, die aus vielen Nullen und Einsen bestehen. Bislang verdoppelte sich die Zahl der Transistoren alle 18 Monate, ohne dass der benötigte Platz in gleichem Maße zulegte. Das ermöglichte den Bau immer kleinerer und immer leistungsfähigerer Computer. Spätestens Ende dieses Jahrzehnts müsste die Technik bei einer Transistorgröße von zwei Nanometern angekommen sein.

Die Transistortechnik lässt nur zwei Zustände pro Transistor zu (an, aus). Die Speicherkapazität ist damit begrenzt. Zugleich gilt: Je mehr Schalter auf dem engen Raum sind, desto mehr Hitze entsteht und desto schwieriger ist es, die Transistoren mit Strom anzusteuern.

Auch das Quanten-Computing setzt auf Elektronen, allerdings werden die Informationen hier nicht durch die Menge der Elektronen gespeichert, sondern im Elektron selbst.

Der Trick dabei ist, dass sich die Elektronen drehen. Die Drehrichtung kann als Schalter benutzt werden. Das Besondere dabei: Die Elektronen können auch Zwischenzustände einnehmen, sogenannte Superpositionszustände. Das eröffnet die Möglichkeit, viel mehr Informationen zu speichern als mit einem herkömmlichen Transistor. Man nennt dies Qbits.

Diese Zwischenzustände sind zufällig. Es ist aber möglich, mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsrechnung diese Zwischenzustände gleichwohl als Informationsspeicher zu nutzen. Bislang funktioniert das nur bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad). Auch reagiert die gesamte Rechnerkonstruktion sehr empfindlich auf Störfaktoren von außen. Deshalb ist die Fehlerquote derzeit noch viel zu hoch.