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oder auch neue Wunderstoffe wie «Graphen»
(Nobelpreis 2010), auf denen zukünftig eine
noch viel leistungsfähigere Elektronik aufbauen
könnte.
Neue Quantentechnologien könnten uns
zuletzt aber auch den Weg zur Umsetzung
zweier von niemand Geringerem als Richard
Feynman ausgesprochenen technologischen
Visionen eröffnen: erstens, dass es technisch
möglich sein sollte, individuelle Atome zu manipulieren
(Feynman 1959). Wir bezeichnen
diese Entwicklung heute als «Nano-Technologie»,
von vielen Techno-Advokaten bereits
als eine der aufregendsten Zukunftstechnologien
deklariert. Zweitens die vielleicht
noch packendere Vision eines sogenannten
«Quantencomputers» (Feynman 1981). Dieser
vermag auf zahlreichen Quantenzuständen,
sogenannten «Quantenbits» (Qubits), parallel
zu rechnen, anstatt wie klassische Computer
Informationen Bit für Bit zu verarbeiten. Mit
seiner Hilfe liessen sich Probleme lösen, die für
die heute in Physik, Biologie, Wetterforschung
und anderswo eingesetzten Supercomputer
noch bei Weitem zu komplex sind.
Hochgradig interessante
Zusammenhänge
Konkret beruhen Quantencomputer auf dem
Phänomen der Verschränkung, dem wohl
bizarrsten Phänomen in der Quantenwelt:
Eine Anzahl von Quantenteilchen lassen sich
in einen Zustand bringen, in dem sie sich so
verhalten, als wären sie mit einer Geisterhand
aneinandergekoppelt, auch wenn sie räumlich
weit voneinander entfernt sind. Jedes
Teilchen weiss sozusagen, was die anderen
gerade treiben. Sie gehören allesamt einer
gemeinsamen physikalischen Entität (die
Physiker bezeichnen dies als Wellenfunktion)
an. Zwischen den Teilchen besteht dann eine
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Korrelation, die eine instantane Vorhersage
darüber erlaubt, welcher Zustand bei dem
einen Teilchen realisiert ist, wenn man das
andere gemessen hat. Auch dann, wenn viele
Kilometer zwischen ihnen liegen. Es ist so, als
wenn jemand in Deutschland instantan spüren
würde, was seinem Zwilling in Australien
gerade passiert.
Mit einem solchen Ensemble von verschränkten
Qubits können die Physiker, so erhoffen
sie sich, auf allen möglichen seiner Zustände
simultan operieren. Während ein normaler
Computer all die Bits in vielen, vielen Schritten
hintereinander bearbeiten, d.h. von jeweils 0
auf 1 bzw. von 1 auf 0 umlegen muss, kann
ein Quantencomputer alle diese Schritte mit
einem Mal verarbeiten. Diese hochgradige
Parallelisierung der Operationen erhöht die
Rechenleistung des Computers exponentiell
mit der Anzahl der Qubits, im Gegensatz zu
einem klassischen, sequenziell arbeitenden
Computer, dessen Rechenleistung nur linear
mit der Anzahl der verfügbaren Rechenbausteine
ansteigt.
Eine weitere neue Quantentechnologie
sorgt schliesslich für eine effiziente und
störungsfreie Übertragung von Qubits: die
Quanten-Teleportation, also der Transport
von Qubits zwischen zwei Orten. Grundlage
dieser Technologie ist, dass zwei Quantenteilchen
(z.B. Photonen) zu einem gemeinsamen
quantenphysikalischen Zustand verschränkt
und anschliessend räumlich getrennt werden,
ohne dass dabei ihr gemeinsamer Zustand
zerstört wird. Eines der Teilchen wird zum
Empfänger gesendet, das andere wird beim
Sender mit der zu teleportierenden (Quanten-)Information
(Qubit) überlagert. Durch
eine Messung am Sender bestimmt sich nach
den Gesetzen der Quantenphysik automatisch
und augenblicklich auch der Zustand
des entfernten verschränkten Teilchens, ohne
dass zwischen beiden irgendeine direkte
Interaktion stattfindet. Das Ergebnis dieser
Messung wird dann konventionell an den
Empfänger übertragen. Mit dieser Information
kann dessen Qubit dann so transformiert
werden, dass es den gleichen Zustand wie das
Sender-Qubit besitzt. Auf diese Weise wurde
die gewünschte (Quanten-)Information vom
Sender zum Empfänger gebracht, ohne dass
das Teilchen dabei physisch transportiert
wurde. Mit Quanten-Teleportation scheint
neben dem Quantencomputer auch das
«Quanteninternet» zum Greifen nah zu sein.
Hadern die meisten von uns noch mit den erkenntnistheoretischen
und philosophischen
Implikationen der Quantenphysik, so sollten
wir zugleich gut auf ihr weiterhin beispiellos
revolutionäres technologisches Zukunftspotenzial
achten. Denn das Verständnis der
neuen Quantentechnologien eröffnet uns
einen Blick in die Ferne – in eine Zukunft,
die uns schon sehr bald bevorsteht.
090.7272
Olga René Tysyachnyuk Eichenberger
| Project Manager
Synergia Head of Corporate SE, Ukraine
Communications
olga.tysyachnuk@synergia.ua
rene.eichenberger@rdm.com
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