Ist das Gehirn ein Quantencomputer?

Klaus Mainzer

2019 gelang ein erstes Experiment, in dem ein Quantencomputer sogenannte Quantenüberlegenheit über herkömmliche Computer demonstrierte. Das internationale Team von Google setzte dazu einen Quantenprozessor namens Sycamore mit 53 supraleitenden Quantenbits ein. Die Arbeit ist ein wichtiger Fortschritt hin zu einer Realisierbarkeit skalierbarer, anwendungsreifer Quantencomputer.

Ein Quantenannealer mit mehr als 5000 Qubits ist am Forschungszentrum Jülich Anfang 2022 in Betrieb gegangen. Und inzwischen hat auch das Netzwerk „EIN Quantum NRW“, das die Expertise mehrerer Partner bündelt, seine Arbeit aufgenommen.

W. Hänsel

40Ca-Ionen in Ionenfallen bieten als Quantenbits (Qubits) eine gute Basis für Quantencomputer. Sie können Zahlen binär kodieren. Zudem erlauben sie alle überlagerten Quantenzustände, die ein Quantencomputer braucht. Mit nur zwei Grundoperationen lassen sich alle Rechenoperationen ausführen. Eine dieser Operationen ist die Rotation eines Qubits, sie entspricht dem klassischen Inverter von 0 nach 1. Die andere Operation, das CNOT-Gatter, verknüpft zwei Qubits: Analog zur klassischen XOR-Operation schaltet es ein Qubit um, wenn das zweite den Wert 1 hat. Mit diesen Grundoperationen konnte kürzlich die Teleportation von Quanteninformation in Systemen mit drei Ionen demonstriert werden. 2005 gelang es, acht Ionen zu einem Quantenbyte zu verschränken. Im Prinzip sind damit alle Grundbausteine für den Quantencomputer vorhanden, der Weg zu seiner Realisation ist aber noch weit.

Ariane Rüdiger