Die Miniaturisierung von Quantencomputern macht rasante Fortschritte, und Forschern ist es kürzlich gelungen, einen weiteren Schritt zu gehen, indem sie einen Quantencomputer auf Basis eines einzigen Photons entwickelt haben, der das Potenzial hat, das Gebiet zu revolutionieren.
Ein Photon zur Berechnung? Dies ist die Herausforderung, der sich taiwanesische Wissenschaftler gestellt haben. Sie entwickelten eine Maschine, die Berechnungen mit Hilfe von Licht durchführt, ohne eine extreme Kühlung zu benötigen.
Traditionelle Quantencomputer nutzen Qubits, die zu quantenmechanischer Superposition fähig sind, doch erfordern diese Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, was ein großes Hindernis darstellt. Dieses neue Gerät bietet einen innovativen photonischen Ansatz: Ein einziges Photon, das in einer optischen Faser geleitet wird, speichert und verarbeitet Daten in 32 unterschiedlichen quantenmechanischen Zuständen, wodurch der Bedarf an extremen Temperaturen entfällt.
Die photonische Technologie bietet eine energieeffizientere Alternative, ohne den Platzbedarf massiver Kühlaggregate. Dieser Prototyp ebnet den Weg für kompakte Quantencomputer, die in herkömmlichen Umgebungen einsetzbar sind.
Im Vergleich zu Qubits, die auf gefangenen Ionen basieren, ist dieses Gerät stabiler. Jene Qubits reagieren sehr empfindlich auf Störungen und erfordern anspruchsvolle Kühlsysteme und Lasertechnik. Bei diesem neuen Computer, so groß wie eine Box, übernimmt Licht die Berechnung, und seine 32 quantenmechanischen Zustände erhöhen die Rechenleistung erheblich, während es weiterhin miniaturisiert bleibt.
Die potenziellen Anwendungen sind vielfältig. Diese Innovation könnte Bereiche wie Logistik, künstliche Intelligenz, Datensicherheit und die pharmazeutische Industrie grundlegend verändern.
Weitere Fortschritte werden erwartet. Das Team hofft, die Rechenkapazität weiter zu steigern, um komplexere Probleme zu lösen, und gleichzeitig Quantenkommunikationsnetzwerke zu entwickeln.
Was ist ein Quantencomputer?
Ein Quantencomputer nutzt die Prinzipien der Quantenmechanik, um Berechnungen auf eine grundlegend andere Weise als klassische Computer durchzuführen. Im Gegensatz zu Bits, die den Wert 0 oder 1 annehmen, verwenden Qubits Phänomene wie die Superposition, die es ihnen ermöglicht, in mehreren Zuständen gleichzeitig zu existieren. Diese Fähigkeit erlaubt eine parallele Datenverarbeitung, die von klassischen Systemen nicht erreicht werden kann.
Qubits nutzen die Verschränkung, ein Phänomen, bei dem zwei Qubits, selbst wenn sie räumlich weit voneinander entfernt sind, miteinander korreliert bleiben. Ändert sich der Zustand des einen, passt sich der andere sofort an, unabhängig von der Entfernung. Dank dieser Verbindung kann ein Quantencomputer komplexe Berechnungen durchführen, wie zum Beispiel molekulare Modellierung oder Verschlüsselung, die exponentielle Rechenleistung erfordern.
Damit ein Quantencomputer effizient arbeitet, müssen die Qubits stabil bleiben. Die meisten Systeme benötigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-273 °C), um Störungen zu minimieren, was eine teure und sperrige Infrastruktur erfordert. Neuere Ansätze, wie die photonische Berechnung, die Photonen bei Raumtemperatur verwendet, bieten jedoch vielversprechende Lösungen, um diese Technologie zugänglicher zu machen.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Physical Review Applied