Mit Licht rechnen.

Die Vision vom optischen Quantencomputer

Foto: René Heilmann (IAP)

Eine der wichtigsten Voraussetzungen unserer modernen Informationsgesellschaft ist die Fähigkeit, große Mengen an Information und Daten schnell und effizient aufzunehmen, zu verarbeiten und zu übertragen. Computer stellen dazu ein unersetzliches Hilfsmittel dar; sie erlauben beispielsweise Telefonie, Überweisungen oder die Regelung dichten Flugverkehrs. In letzter Zeit wird jedoch deutlich, dass die uns heute verfügbare Technologie immer mehr an ihre Grenzen stößt, um die auftretende Menge an Daten zu bewältigen. Es erscheint unausweichlich, dass grundsächlich neue Ansätze gefunden werden müssen, um diese Probleme zufriedenstellend zu lösen.  

Eine der großen Visionen von Naturwissenschaftlern ist der optische Quantencomputer, um mit dessen Hilfe komplexe Probleme durch Licht zu berechnen. Ein solcher Apparat wäre in der Lage, Rechenleistungen zu vollbringen, die weit jenseits dessen liegen, wozu heutige Computer in der Lage sind. Eine besondere Herausforderung liegt dabei in der Miniaturisierung der einzelnen Komponenten, um die optischen Schaltkreise auf einem einzigen optischen Computerchip unterzubringen.  

Am Institut für Angewandte Physik (IAP) der Friedrich-Schiller-Universität Jena wird intensiv an der Realisierung solcher Strukturen gearbeitet. Mittels ultrakurzer Laserpulse werden in kleine Glaschips komplexe Netzwerke aus wellenleitenden Strukturen eingraviert, in die dann einzelne Photonen eingespeist werden. Ein Photon ist die kleinste Einheit, in die man Licht zerlegen kann. Während ihrer Ausbreitung durch das Netzwerk wechselwirken Photonen auf eine besondere Art, welche auch Quanteninterferenz genannt wird. Dies wird mit speziellen mathematischen Operationen beschrieben, welche dann durch Messung der Photonendynamik experimentell bestimmt werden können.  

Das Konzept des Quantencomputers ist äußerst vielversprechend: Anstatt eine mathematische Größe zu berechnen, wie es bei einem klassischen Computer der Fall ist, wird bei einem Quantencomputer diese Größe schlicht gemessen. Dies erlaubt wesentlich effizientere Methoden der Datenverarbeitung weit jenseits dessen, was mit aktuellen Geräten möglich ist. Wissenschaftler sind sich einig, dass diese neuen Ansätze ein Meilenstein in der Entwicklung von „Zukunftstechnologie“ sind und ungeahnte neue Möglichkeiten eröffnen werden.

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