Quantencomputer werden ein schlechtes Gedächtnis haben

Die Heisenbergsche Unschärferelation sorgt für schlampige und vergessliche Rechner

Schneller, kleiner, sparsamer – so ist die Entwicklung der Elektronik im Allgemeinen und der Computertechnik im Speziellen seit Jahren. Doch mit immer kleineren Halbleiterstrukturen gibt es inzwischen Probleme mit Quanteneffekten. Bei echten Quantenrechnern treten diese natürlich noch viel deutlicher zu Tage.

Quantencomputer nähern sich in der Funktion mehr dem menschlichen Denken an: Bei ihnen gibt es nicht mehr klar 0 und 1, an und aus, ihre Berechnungen erfolgen mehr verschachtelt und vernetzt – ähnlich zur „Fuzzy Logic“. Und ähnlich dem menschlichen Denken werden die Quantenmaschinen ein schlechtes Gedächtnis haben – sogar ein sehr schlechtes Gedächtnis, denn es wird keine Sekunde halten. Mark Buchanan legt im aktuellen New Scientist dar, dass dies das elementare Problem der Quantencomputer sein könnte: In ihnen muss sehr schnell gerechnet werden, da sich sonst der ganze Rechenvorgang einfach in Wohlgefallen auflöst und kein Ergebnis mehr erkennbar ist.

Ein Quantenrechner speichert die Daten in Qubits – Quantenbits. Da ein Qubit zwei Zustände zur gleichen Zeit haben kann und gleichzeitig mit anderen Qubits vernetzt ist, kann der Quantencomputer mehrere Berechnungen gleichzeitig durchführen. Andererseits sind die Qubits sehr störanfällig: Einflüsse von außen oder auch zu häufiges Auslesen ihres Zustands löschen aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation ihren eindeutigen Zustand und zerstören damit die Berechnung.

Also bleibt einem nichts anderes übrig, als den Quantenrechner abgeschirmt vor sich hin rechnen zu lassen und erst am Schluss ganz vorsichtig und unauffällig nachzusehen, was denn nun herausgekommen ist.

Selbstauflösende Strukturen

Große Qubit-Arrays sind störungsanfälliger, weshalb momentan versucht wird, möglichst mikroskopisch kleine Qubits aus Quantendots oder supraleitenden Schaltkreisen auf Siliziumchips zu erzeugen. Prinzipiell könnte man Qubits aus einzelnen Elektronen und Photonen erzeugen.

Doch auch ohne äußeren Einfluss löst sich der Rechenvorgang in Quantenrechnern schnell in Chaos auf: Über mehr als eine Sekunde kann man gerade bei diesen kleinen Strukturen schon theoretisch kein stabiles Ergebnis erhalten, so Jasper van Wezel, Jeroen van den Brink und Jan Zaanen von der Universität Leiden in den Niederlanden in den Physical Review Letters, Ausgabe 94, Seite 230401. Statt wie gewünscht in zwei Zuständen zur gleichen Zeit zu bleiben, kollabiert das Qubit spontan in einen der beiden Zustände.

Momentan ist dies allerdings noch alles weit entfernte Zukunftsmusik: Beim jetzigen Zustand der Quantencomputerforschung ist man schon glücklich, auch nur für eine Mikrosekunde stabile Zustände zu erreichen…