Forschung Jenaer Chemiker entwickeln Recheneinheit für Quantencomputer

von Kristin Kielon

Quantencomputer werden als die nächste Generation der Computertechnik gehandelt: Sie sollen in kürzester Zeit riesige Mengen an Daten verarbeiten können - wenn es denn gelingt, so einen Computer wirklich zu bauen. Weltweit forschen Wissenschaftler daran. Chemiker in Jena sind jetzt einen Schritt Richtung Supercomputer weitergekommen. MDR Wissen-Redakteurin Kristin Kielon erklärt den innovativen Ansatz aus Thüringen.

Der Jenaer Doktorand Benjamin Kintzel betrachtet ein Laborgefäß mit Kristallen eines neuartigen Moleküls, das möglicherweise in einem Quantencomputer Verwendung finden kann 3 min
Bildrechte: Friedrich Schiller Universität Jena/Jan-Peter Kasper

MDR AKTUELL Mi 12.12.2018 17:04Uhr 02:58 min

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Stellen Sie sich vor, jemand erfindet eine neuartige Zündkerze, aber den Motor dafür gibt es noch gar nicht. Warum sollte man ein Bauteil für ein Gerät konstruieren, das noch gar nicht erfunden wurde? Genau das haben Forscher der Friedrich-Schiller-Universität jetzt in Jena gemacht: Sie haben eine Recheneinheit für Quantencomputer entwickelt und in dem Fall lautet die Antwort: Sie machen das, weil es extrem hilfreich wäre, so einen Quantencomputer irgendwann einmal zu haben.

Denn der wäre viel schneller als unsere bisherigen Computer. Er müsste sich nämlich nicht zwischen null und eins entscheiden, sondern kann beides gleichzeitig. Stundenlange Rechenprozesse würden sich so auf wenige Augenblicke verkürzen, erklärt Martin Weides. Er ist Professor für Quantentechnologie an der Universität Glasgow und forscht am Karlsruher Institut für Technologie.

Ein klassischer Computer führt Berechnungen in Bits aus - und diese können null oder eins betragen. Im Gegensatz dazu rechnet ein Quantencomputer mit Quantenbits oder Qubits. Die Qubits können gleichzeitig den Zustand null oder eins einnehmen. Aufgrund dieser Superposition kann der Quantencomputer andere Rechnungen durchführen als ein klassischer Computer.

O-Ton: Prof. Martin Weides - University of Glasgow

Doch es gibt ein Problem: Bisher ist es nicht möglich, gezielt Informationen in ein quantenbasiertes System einzugeben und das erwünschte Ergebnis zu bekommen. Diesen Prozess verstehen die Wissenschaftler einfach noch nicht. Doch auf dem Weg dahin könnte das Bauteil aus Jena jetzt helfen. Dort haben Chemiker winzige, blaugrüne Kristalle hergestellt: Moleküle mit einem ganz speziellen Aufbau. Sie haben drei Kerne, die ein Molekül zum Drehen bringen, "Spin" heißt das. Der muss stabil sein, damit das Teilchen überhaupt mit seiner Umgebung kommunizieren kann - etwa so wie die Rotoren eines Flugzeugs sich drehen, damit es abheben kann. Nur, dass die Moleküle nicht fliegen, sondern eben Informationen aufnehmen und abgeben sollen. Das können sie womöglich viel besser als andere, erklärt Winfried Plass, Chemie-Professor an der Friedrich-Schiller-Universität Jena:

Man kann diesen Spin jetzt hernehmen von den einzelnen Ionen im Molekül. Der führt nämlich zu dem Spin-Zustand des gesamten Moleküls. Bei drei-kernigen Einheiten, so wie wir sie haben, ist er etwas Spezielles: Weil wir diesen Zustand über von außen angelegte elektrische Felder auch adressieren können.

Prof. Winfried Plass - FSU Jena

Das Jenaer Molekül hat sozusagen drei Ohren. Andere Teilchen, an denen geforscht wird, haben nur einen rotierenden Kern - also auch nur ein Ohr. Mit diesem ersten Ohr können alle beide hören, dass irgendwo irgendwer in einer fremden Sprache redet. Aber die beiden anderen Ohren des Dreiohrs sorgen dafür, dass es sogar verstehen kann, was genau gesagt wird und wann es angesprochen wird. Diese "andere Sprache" ist ein elektrisches Feld. Theoretische Physiker haben berechnet, dass dadurch Moleküle direkt angesprochen werden könnten. Ob das in der Praxis tatsächlich funktioniert, ist noch nicht sicher. Das testen derzeit Projektpartner im britischen Oxford, erklärt Plass den Stand der Forschung:

Erste Ergebnisse haben wir sogar schon. Die zeigen, dass eine Manipulation prinzipiell möglich ist. Was noch aussteht, ist, dass man tatsächlich Informationen gewünscht reinschreiben und wieder rauslesen kann. Aber der Schritt ist noch nicht getan.

Prof. Winfried Plass - FSU Jena

Dieses Thema im Programm: MDR aktuell | Radio | 13. Dezember 2018 | 12:50 Uhr