Erster Quantencomputer im Orbit
Was unterscheidet Quantencomputer von herkömmlichen Computern?
Philip Walther: Herkömmliche Computer arbeiten mit dem numerischen System, mit 0 und 1 können sie etwas Vernünftiges ausrechnen. An dieser Architektur hat sich seit Erfindung des Computers vor 50 Jahren nichts geändert – und sie funktioniert einwandfrei. Das Problem aber ist, dass herkömmliche Computer limitiert sind, da sie einen Rechenschritt nach dem anderen machen. Der Quantencomputer bedient sich grundlegender Phänomene der Quantenphysik, die zeigen, dass mehrere Eigenschaften vorliegen. Im Falle eines Computers heißt das, es gibt mehrere Werte wie 0 und 1 gleichzeitig – schafft man es, mit Quantensystemen, etwa Atomen oder Lichtteilchen, zu arbeiten, bringt man eine Parallelrechnung zusammen.
Wie kann er mehrere Werte zugleich generieren?
Philip Walther: Der Quantencomputer bedient sich der ganzen Trickkiste der Quantenphysik. Sie lehrt uns unter anderem die kleinste Welt der Atome: In diesen gibt es einen positiven Kern, der von negativ geladenen Elektronen umgeben ist. Anhand dieses Atommodells lässt sich eine wichtige Eigenschaft der Quantenphysik zeigen – nämlich: Man kann nicht genau sagen, wo das Elektron ist. Diese Unschärfe der Quantenphysik führt zu verrückten Phänomenen, die wir nutzen. Zum Veranschaulichen, wie das für ein Quanten-Bit genutzt werden kann: Ich nehme ein Elektron und werfe es an eine Stange. Diese ist so konstruiert, dass die Wahrscheinlichkeit, nach links oder nach rechts abzuprallen, bei jeweils 50 Prozent liegt. In der Quantenwelt geht ein und dasselbe Teilchen beide Wege gleichzeitig – es ist also links und rechts von der Stange zu finden, denn hier sind Dinge nicht definiert, erst durchs Beobachten nehmen sie eine Eigenschaft zufällig an.
Prof. Philip Walther, Universität Wien
Das klingt nicht steuerbar?
Philip Walther: Es ist die hohe Kunst, gezielt Quantenkontrolle auszuführen – also, dass ich Dinge verändern, manipulieren, berechnen kann, ohne eine eingreifende Messung durchzuführen. Ich muss das System vorsichtig dorthin führen, dass es für mich nützliche Sachen macht. Interessant ist es deshalb, da Quantenbits zwei Werte, also 0 und 1, gleichzeitig haben. Bei zwei Quantenbits sind es schon vier Werte. Sind es drei Quantenbits, habe ich bereits acht Werte! Die Informationsmenge, die Quantenbits codieren können, wächst exponentiell schnell. Nur zum Veranschaulichen: Bei 300 Quantenbits – und 300 Bits sind ja nichts – ist es 300 mal 2, mal 2 mal 2. Diese Zahl ist eine 10 mit 90 Nullen und somit größer als alle vermuteten Elemente und Teilchen im Universum. Daran sieht man, was für unglaubliche Datenmengen so ein kleiner Quantencomputer prozessieren kann.
Wie kommen Sie auf Ihre Ideen?
Philip Walther: Wovon wir profitieren, ist, dass in Wien die gescheitesten Köpfe zu finden sind. Viele Ideen entstehen aus Diskussionen mit Kolleg*innen, einer bunten Mischung aus Theoretiker*innen, Krypto-Expert*innen, Technolog*innen, Physiker*innen und vielen mehr. Und die Universität bietet uns eine Spielwiese, wo wir neue Dinge denken und alles ausprobieren können. So konnten wir echte Durchbrüche erzielen.
Ist es so auch zu Ihrem Quantencomputer im Weltall gekommen?
Philip Walther: Genau. Wir hatten die Idee, aber keine Ahnung, wie wir am besten vorgehen, denn das hat vor uns noch niemand gemacht. Alle Space-Technology-Firmen, an die wir uns gewandt haben, konnten die Teile, die wir benötigten, nicht bauen oder nicht in der Zeit. Also hat mein Team gesagt: „Dann bauen wir alles selbst.“ Es war getrieben von der Freude und Sinnhaftigkeit des Tuns und von dem Ansporn, die Ersten der Welt zu sein. Ohne diese Leidenschaft wäre das Projekt unmöglich gewesen, und das ist für mich Wissenschaft: Motivation, Kreativität und der Erste sein zu wollen.
Der Computer wurde letzten Juli in die Umlaufbahn geschossen . Funktioniert er?
Philip Walther: Ich darf nicht alles verraten, denn wir wollen ja noch publizieren. Nur so viel: Die erste Generation, die wir da raufgeschossen haben, ist etwa so groß wie drei Milchpackerl, trägt aber alle Bauteile eines Computers in sich. Das Ding ist oben, hat den Launch überstanden, funktioniert. Das war für uns die große Zitterpartie, denn alles, was wir in einem Quantenlabor bauen, ist hochsensibel, alles andere als robust. Das war aber die Vorgabe. Wir sehen, dass die Quantenphänomene, die wir erzeugen und nutzen wollen, Lebenszeichen geben. Rechenoperationen sind noch zu demonstrieren, das ist für mich die Kür, denn wir haben schon gewonnen, dass wir einen Quantenprozessor bauen konnten, der ins All geschossen werden konnte.