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01.03.2010 apa

Peter Zoller, Uni Innsbruck: Fortschritte beim Quantencomputer

Peter Zoller gilt als einer der führenden Vordenker für die Technologie von Quantencomputern.

Vor 15 Jahren hat der theoretische Physiker von der Universität Innsbruck gemeinsam mit seinem spanischen Kollegen Ignacio Cirac das Modell eines Quantencomputers vorgeschlagen, das auf der Wechselwirkung von Lasern mit kalten, in elektromagnetischen Fallen gespeicherten Ionen basiert. Dennoch ist noch ein weiter Weg zurückzulegen, wie Zoller, der heute, Montag, Abend eine "Wiener Vorlesung" zum Thema "Quantencomputer: Traum oder Realität?" hält, im Gespräch mit der APA betonte.

APA: Ihr 1995 vorgelegtes Modell eines Quantencomputers galt als erfolgversprechendster Vorschlag auf dem Weg zu diesem neuen Rechner-Konzept. Wie sieht dies nach 15 Jahre aus, gibt es mittlerweile bessere Vorschläge? Zoller: Die Arbeit war damals relativ visionär. Wir glaubten, dass die dafür notwendigen Elemente in greifbarer Nähe sind - was in der Experimentalphysik immer eine relative Sache ist. Dennoch ist es jenes System, dessen Elemente im Labor am meisten realisiert werden konnten. Mit Abstand von 15 Jahren lässt sich sagen, dass es noch immer das vielversprechendste System ist.

Zeichnen sich in der Zwischenzeit nicht andere aussichtsreichere Modelle zur Realisierung eines Quantencomputer ab? Der Quantencomputer mit gespeicherten Ionen hat Ideen aufgezeigt, die sich auch auf andere Systeme vom Konzept her übertragen lassen, und die experimentelle Demonstration der wesentlichen Bausteine durch insbesondere Rainer Blatt und Mitarbeiter in Innsbruck haben einen Weg vorgezeichnet, der nun auch mit anderen Ideen erreicht und beschritten wird. Beispiele sind supraleitenden Qubits, Quantenpunkte oder Störstellen in Festkörpern.

Die APA-Meldung aus dem Jahr 1995 über das von Ihnen vorgeschlagene Modell hatte den Titel "Quantencomputer in greifbarer Nähe". Das war wohl etwas voreilig? Am Anfang war man vielleicht ein bisschen naiv mit seinen Erwartungen, man dachte, es sei ohnedies alles klar. Tatsächlich steckt extrem viel Aufwand im Detail. Dennoch bin ich heute überrascht über das, was bis jetzt an Physik herausgekommen ist. Das ist unter dem Strich mehr, als ich mir ursprünglich erwartet habe. Dennoch darf man nicht vergessen, dass die Perspektive für Quantencomputer, wie die Informatiker ihn haben wollen, eine wirklich langfristige ist.

Gibt es nicht schon Zwischenerfolge? Kleine Quantenprozessoren als "General Purpose Quantum Computer" mit einigen Quantenbits als Speicher existieren heute im Labor. Vielversprechend sind aber besonders Entwicklungen in Richtung "Special Purpose-Quantencomputer", wie z.B. als Quantensimulatoren oder quantenunterstützte Präzisionsmessungen. Deren Realisierung ist technisch viel einfacher, da hat es in den vergangenen Jahren enorme Fortschritte gegeben, und sie könnten wohl die erste Welle der technologischen Anwendungen darstellen.

Sie verwenden Phänomene aus der Quantenwelt, um Phänomene aus der Quantenwelt zu simulieren? Das ist richtig, zum Beispiel bei der Hochtemperatur-Supraleitung. Da können heute von theoretischen Physikern Modelle formuliert werden, die man aber nicht wirklich lösen kann. Es gibt keine wirklich glaubhaften Methoden, um solche Systeme auf einem klassischen Computer zu rechnen. Wenn man z.B. ein quantenmechanisches Modell mit 300 Teilchen simulieren will, dann braucht man einen Computer, der zwei hoch 300 Zahlen speichern kann. Das ist die Zahl der Atome im sichtbaren Universum - so etwas ist nicht erreichbar. Wenn man das aber auf ein anderes Quantensystem im Labor, noch dazu mit variierbaren und kontrollierbaren Parametern abbildet, dann sind solche Simulationen in Reichweite.

Ein Quantencomputer, der einmal am Schreibtisch steht wie heute ein PC, ist aber eine naive Vorstellung? Ich glaube, dass spezielle, auf quantenphysikalischen Phänomenen basierende Elemente, die bestimmte Dinge können, in einem normalen Computer eingebettet sein werden. Beispielsweise um mit Hilfe der Quantenkryptographie sichere Kommunikation zu ermöglichen.

Und werden solche Bauelemente auf dem von Ihnen vorgeschlagenen Konzept mit Ionenfallen basieren? Mein US-Kollege David Wineland vom National Institute of Standards and Technology sagt immer, dass man bei einem Marathonlauf nicht vom Führenden nach 200 Meter darauf schließen kann, wer als erster durchs Ziel geht.

Wenn der Weg zum Quantencomputer 42 Kilometer lang ist, steht die Wissenschaft tatsächlich erst bei 200 Metern? Vielleicht ist man schon zwei Kilometer weit, vielleicht fünf Kilometer. Das kommt auch darauf an, welche Anforderungen man stellt. Wenn man etwa große Zahlen faktorisieren (in seine Teiler zerlegen, Anm.) will, was ja eine der Erwartungen in den Quantencomputer ist, ist es sehr schwer, einen konkreten Zeithorizont zu nennen. Aber bei kleinen Quantenprozessoren mit acht Quantenbits, wie es mein Innsbrucker Kollege Rainer Blatt bereits realisiert hat, geht es sicher kurzfristiger. Immerhin würde eine Quantensimulation mit 40 Quantenbits die Leistungsfähigkeit der größten, heute existierenden konventionellen Rechner übertreffen. Und das ist in fünf bis sechs Jahren durchaus machbar. Auch die Quantenkryptographie, wie sie von Anton Zeilinger betrieben wird, ist an der Schwelle realer Anwendungen. Doch Dinge, die im Labor funktionieren, sind nicht automatisch ein wirtschaftlicher Erfolg. Was da rauskommt, wissen wir noch nicht, das hängt davon ab, wie man diese Grundlagenforschung in einen Markt übersetzen kann.

Es haben aber auch schon Unternehmen mit dem ersten kommerziell genutzten Quantencomputer geworben, wie die kanadische Firma "D-Wave" im Jahr 2007 - was sich allerdings als Schaumschlägerei herausgestellt hat. Es wird oft versucht, Start-Up- oder Risikokapital mit solchen Ankündigungen zu lukrieren. Was die dort machen, hat mit Quantencomputern nicht unbedingt viel zu tun. Man muss da sehr aufpassen, dass man in der Öffentlichkeit keine unrealistischen Erwartungen erzeugt. Wenn Leute etwas überverkaufen, kann man damit ein ganzes Feld diskreditieren.

Auch wenn es noch dauert - technologische Anwendungen sind in Greifweite? Der Quantencomputer ist ein wunderschönes Beispiel, an dem man sieht, dass sich von der Grundlagenforschung eine Brücke zur angewandten Forschung auftut. Wenn sich Österreich aus solcher Forschung und deren Förderung ausklinkt, wie das Wirtschaftskammer-Präsident Christoph Leitl vorgeschlagen hat, dann ist das für jeden Forscher deprimierend. Mit solchen Aussagen wird Innovation in Österreich die Basis entzogen.

Das Interview führte ein Mitarbeiter der APA.

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