Obwohl noch niemand weiß, wie der künftige Quantencomputer aussehen und was er genau können wird, schürt die radikal andere Art und Weise, wie diese futuristischen Maschinen rechnen, unter Experten die Hoffnung, dass sie bald verschlüsselte Nachrichten knacken können bzw auf den Menschen zugeschnittene Medikamente zu entwickeln.
Diese Supermacht beginnt mit dem sogenannten Qubit, dem Gegenstück zum traditionellen Bit. Es kann physikalisch bedingt nicht nur ‚0‘ oder ‚1‘ sein, sondern auch beides gleichzeitig. Die Frage ist, welche physische Erscheinung solche Qubits im zukünftigen Quantencomputer annehmen werden.
Eine Möglichkeit sind sogenannte Quantenpunkte, Recheneinheiten, die das bekannte Computerchip-Material Silizium verwenden. In einem Artikel im Magazin Natur-Elektronik Forscher des Quanteninstituts QuTech in Delft und des Computerchip-Giganten Intel beschreiben, wie sie diese Teile mit vorhandenen Maschinen aus den Fabriken des Unternehmens hergestellt haben.
Damit hat der Quantenpunkt gute Voraussetzungen, der endgültige Quantennachfolger des Transistors zu werden, jener Recheneinheit, die in herkömmlichen Computern zu Milliarden gleichzeitig auf Computerchips sitzt und Berechnungen durchführt. Ein vollwertiger Quantencomputer, der jede erdenkliche Quantenrechnung durchführen kann, muss in Zukunft Millionen bis Milliarden solcher Recheneinheiten enthalten.
Vom Stift zum Drucker
Im Experiment rollten aus den Maschinen flache Scheiben mit einem Durchmesser von 30 Zentimetern, auf denen sich Zehntausende von Quantenpunkten befinden. Mindestens 98 Prozent davon funktionierten einwandfrei. Einen Quantenpunkt analysierten die Forscher auch eingehender und zeigten, dass er tatsächlich das gewünschte Qubit-Verhalten zeigte.
„In der Vergangenheit wurde im Labor die Flagge gehisst, wenn die Hälfte unserer Quantenpunkte gut funktionierte“, sagt die Physikerin Anne-Marije Zwerver (QuTech), Hauptautorin des Artikels. „Es ist wie der Schritt vom Schreiben mit einem Stift zum Ausdrucken mit einem Drucker. Das erste ist langsame Handarbeit, das zweite ist eine einheitliche Produktion, große Stückzahlen, aber starrer.‘
Der Physiker Floris Zwanenburg (Universität Twente), der ebenfalls an Quantenpunkten forscht, ist von dem Ergebnis begeistert. „Das ist großartige Arbeit. Die Gruppe hat vor Jahren begonnen, mit Intel zusammenzuarbeiten, und das bringt jetzt den gewünschten Effekt“, sagt er. Er lobt die gelungene Verschmelzung der Forschungskulturen von Akademie und Wirtschaft. „Wenn wir als Wissenschaftler in einem Reinraum Quantenpunkte herstellen, sind wir froh, wenn einer funktioniert. Wenn Intel tausend Transistoren herstellt und einer es nicht tut, fragen sie sich sofort warum. Man muss diese beiden Methoden kombinieren, wenn man in Zukunft Quantencomputer im industriellen Maßstab herstellen will.“
Der Quantenpunkt hinkt den im Labor hergestellten Varianten, die Tech-Giganten wie Google und IBM in ihren Quantenprozessoren verwenden, derzeit etwas hinterher, Experten erwarten jedoch, dass sie aufgrund zweier Vorteile die Konkurrenz langfristig überholen können. Sie sind viel kleiner, was den Bau von Maschinen mit Millionen oder Milliarden von Qubits erleichtert. Und sie verwenden Silizium, wodurch sie auf die vorhandene Infrastruktur und Fertigungstechniken von Chipgiganten wie Intel zurückgreifen können.
„Aber letzteres war vorher wirklich nur Theorie“, sagt Zwerver. „Dass das auch in der Praxis so funktioniert, haben wir jetzt erstmals an bestehenden Maschinen in einer realen Fabrik bewiesen.“
