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Vortrag über Quantencomputer stößt auf großes Interesse

June 27, 2014;

Jörg WrachtrupKönnen wir mit Quantencomputern rechnen?

Das Thema Quantencomputer spricht viele an und lockte am Montag Abend, den 2. Juni, über 400 Gäste, Schülerinnen und Schüler aus der Region Stuttgart und naturwissenschaftlich Interessierte aller Altersgruppen in den Audimax auf dem Campus Vaihingen. Jörg Wrachtrup, Universitätsprofessor an der Universität Stuttgart, ist einer der weltweit führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der Quantentechnologie und berichtete über den aktuellen Stand der Forschung.

Hörsaal Quanteneffekte zu verstehen ist für die menschliche Vorstellungskraft sehr schwierig. Um Quantenverschränkung, die wichtigste Ressource von Quantencomputern, zu veranschaulichen, präsentiert Wrachtrup ein Gedankenexperiment und steckt grüne und rote Socken in eine virtuelle Quanten-(Black-)Box. Heraus kommt, wie auch so oft bei der Waschmaschine zu Hause, nicht das, was man vermeintlich hineingegeben hat, aber der Quanteneffekt wird verständlicher. Nach dem Einstieg in die Welt der Quantenphänomene erläutert Wrachtrup die konkreten Vorteile von Quantencomputern. Der zukünftige Computer nutzt das Quantenphänomen der Verschränkung, um die Schnelligkeit zu erhöhen. Damit eignet sich der Quantencomputer für Optimierungsaufgaben. Beispielsweise kann er das „Problem des Handlungsreisenden“ schneller lösen, bei dem es darum geht, den kürzesten Weg vom Startpunkt über diverse Zwischenstopps zum Ausgangspunkt zu finden. Der herkömmliche Computer geht einfach fleißig alle Möglichkeiten durch, der Quantencomputer erfasst sie zeitgleich. Anschaulich wird der Vorteil der Quantencomputer bei der Datenverschlüsselung. Wrachtrup prognostiziert in seinem Beispiel, dass wir schon in wenigen Jahren mit Codes mit 2048 Stellen arbeiten müssen, um die Sicherheit weiterhin gewährleisten zu können. Ein Supercomputer auf der Basis der heutigen Technologie würde dazu 10 Jahre Rechenzeit benötigen. Aber nicht nur das, er würde auch die Fläche von Europa benötigen und den weltweiten Energievorrat eines Tages verschlingen. Ein Quantencomputer könnte diese Aufgabe in nur 24 Stunden erledigen und kostet, wie Wrachtrup am aktuellen Weltgeschehen vergleicht, deutlich weniger als die Unterhaltskosten der ISS. Quantencomputer werden also in Zukunft bei großer Rechenleistung wertvolle Arbeit leisten können, dennoch muss noch Einiges getan werden, bis Quantencomputer regulär eingesetzt werden können. Vergleicht man die Entwicklung oder besser ausgedrückt die Innovationszyklen mit den Anfängen des computergesteuerten Rechnens, so erkennt man verblüffende Parallelen. Auf dem Bild von einem der ersten raumfüllenden Speicher aus dem Jahr 1956 sitzt der Nutzer im Gehäuse der Festplatte. Dieses Bild gibt es heute wieder. Der begehbare Raum, in dem das Herzstück des ersten kommerziellen Rechners, der mit Mikrowellen-Qubits arbeitet, installiert ist, sieht zwar moderner aus, aber die Maßstäbe sind dieselben wie 1956. Wrachtrup selbst setzt bei der Entwicklung von Quantentechnologien auf die Festköperphysik, genauer gesagt auf Diamanten, um in realistischere Maßstäbe vorzudringen. Sein Herzstück eines Quantencomputers passt schon auf ein DIN A4 Blatt. Wrachtrup erkannte als erster Wissenschaftler die Bedeutung von NV-Zentren für die Quanteninformationstechnologie und die Messtechnik und erhielt dafür 2012 den bedeutendsten Forschungspreis in Deutschland, den Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis.

Quanten BitsFazit: Quantencomputer befinden sich noch im Entwicklungsstadium und bis sie heutigen Superrechnern das Wasser reichen können, werden sich wohl noch einige Forschergenerationen damit auseinandersetzen müssen. Die bisher bereits kommerziell verfügbaren Quantenoptimierer sind eher für Spezialaufgaben geeignet. Auch die Furcht, dass Quantencomputer als Supercodeknacker eine abhörsichere Kommunikation in Zukunft unmöglich machen, nimmt uns Wrachtrup zum Schluss seines Vortrags. Schließlich liefert die Quantenphysik das Gegenmittel, die Quantenkryptographie.

Nach dem Vortrag ging es im Foyer experimentierfreudig weiter. Wissenschaftler des 3. Physikalischen Instituts präsentierten den Besuchern Experimente zum Anfassen, von den Anfängen des Computers bis hin zum ersten Quantencomputer aus der Forschungsgruppe von Wrachtrup. Wer im Vortrag gut aufgepasst hatte, war beim Quantengolf klar im Vorteil und nutzte die Welle-Teilchen-Eigenschaft des Quantengolfballs, um bei der Messung einen Treffer zu landen. Gerade die alten Schätze wie der Analogrechner und einer der erste Computer aus dem Computermuseum der Universität Stuttgart mit den vielen Kabeln und den winzig kleinen Monitoren, auf denen gelbe Linien auf einem schwarzen Hintergrund entstehen, führten den Besuchern sehr anschaulich die rasante technologische Entwicklung vor Augen.

Für alle, die noch einmal nachschlagen wollen oder den Vortrag nicht live miterleben konnten, haben wir den Vortrag aufgezeichnet.

Der nächste Vortrag in der Reihe Physik die Wissen schafft findet am 7. Juli zum Thema „ Status und Zukunft der Photovoltaik“ statt.