Science-Fiction-Computer wäre "langweiliger" als Quantenrechner

1. Februar 2019, 12:24

Physiker verfolgten Gedankenexperiment von Wiener Kollegen im Fachblatt "Nature Quantum Information" weiter

Die seltsamen Phänomene der Quantenmechanik sollen zu Computern führen, die herkömmlichen Rechnern überlegen sind. Der Frage, ob ein solcher Computer in einer Science-Fiction-Welt mit anderen Naturgesetzen noch überlegener sein könnte, gingen Wiener Physiker nun nach. Ihr Ergebnis: Er wäre es nicht.

Der Quantencomputer ist momentan sozusagen ein halb gelegtes Ei: In kleinerem Maßstab funktioniert die technisch sehr aufwendige Technologie bereits, werden die Systeme jedoch größer, sieht es noch anders aus. Im Quantencomputer bildet das sogenannte Qubit die kleinste Informationseinheit. Während das Bit im herkömmlichen Rechner mit "0" oder "1" nur zwei mögliche Zustände einnehmen kann, gehorchen Quantensysteme den Gesetzen der Quantenphysik.

Stellt man sich ein Qubit als Punkt auf einer dreidimensionalen Kugel vor, kann sich dieser nicht nur an den beiden Polen "0" und "1", sondern auch an jedem Platz dazwischen gleichzeitig befinden. Diese "Superposition" erlaubt es dem Quantencomputer, gewisse Berechnungen leichter zu bewältigen.

Theorien

Wissenschafter beschäftigt aber auch die Frage, ob man sogar noch besser rechnen könnte, wenn einem statt Qubits noch ausgefeiltere Bits zur Verfügung stünden. Vor einigen Jahren entwickelten Borivoje Dakic und Caslav Brukner vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien ein Gedankenkonzept, das von solch anderen Gegebenheiten ausgeht. Darin befinden sich die Bits als Kugeln in einem Umfeld mit mehr als drei räumlichen Dimensionen.

Fungiert unter diesen Voraussetzungen beispielsweise der Eigendrehimpuls (Spin) eines Elektrons als Träger eines Qubits, reicht eine Vermessung des Teilchen-Spins entlang der x-, y- und z-Achse nicht mehr aus, um das Qubit "zu kennen", wie Markus Müller vom IQOQI gegenüber der APA erklärte: "Man kann sich auch Bits mit mehr oder weniger Parametern vorstellen."

Während in unserer Welt "die Quantenmechanik mit ihren drei Parametern pro Bit zu gelten scheint", untersuchte Müller zusammen mit Marius Krumm von der Universität Wien, ob ein Quantencomputer in einer Science Fiction-Welt mit mehr Dimensionen bzw. noch komplexeren Bits noch leistungsfähiger sein könnte. Unter der Annahmen, dass ein solcher Rechner ähnlich aufgebaut ist wie ein Quantencomputer in "unserer" Welt, war dem nicht so. Im Gegenteil: "Es wird dann alles ziemlich langweilig. Bei genau drei Parametern bekomme ich einen Quantencomputer – und das ist toll. Wenn es aber vier oder fünf wären, könnte man darauf nicht einmal klassische Berechnungen laufen lassen", sagte Müller. (APA, 1.2.2019)