# taz.de -- Quantencomputer: Ein einzelnes Atom als Speicher
       
       > Quantenphysiker haben einen Weltrekord gebrochen und den denkbar
       > kleinsten Computerspeicher gebaut. Er besteht aus nur einem Atom.
       
   IMG Bild: Mittels eines Lasers konnte der quantenmechanische Zustands eines Photons für einen kurzen Moment auf ein Atom übertragen werden.
       
       Immer kleiner und schneller - mit diesem Prinzip war die Computerindustrie
       bislang äußerst erfolgreich. Doch wahrscheinlich stößt sie jetzt an ihre
       Grenzen. Einer Forschergruppe um Holger Specht vom Max-Planck-Institut in
       Garching gelang ein kaum zu brechender Weltrekord der Miniaturisierung. Die
       Wissenschaftler entwickelten einen Computerspeicher, der lediglich aus
       einem einzigen Atom besteht.
       
       Dies ist aller Voraussicht nach die kleinstmögliche Hardware-Einheit zum
       Speichern von Informationen. Denn viel kleiner als ein einzelnes Atom kann
       ein solches "Bauteil" nicht sein. Schließlich speichern Computer ihre
       Informationen in Form von Bits. Obwohl für die meisten Menschen Bits
       lediglich abstrakte Zahlen sind - Nullen und Einsen -, müssen Bits in
       irgendeiner Form in einem Computer als räumliche Gebilde auftreten.
       
       Der Gruppe um Specht gelang es, ein Quantenbit, auch Qubit genannt, in
       einem einzigen Rubidiumatom zu speichern. Im Gegensatz zu einem
       gewöhnlichen Bit, das entweder den Zustand 0 oder den Zustand 1 annehmen
       kann, entspricht einem Qubit eine Überlagerung dieser beiden Zustände.
       Herkömmliche Bits können durch magnetische Gebiete auf Bändern oder
       Scheiben, durch Spannungen in Stromkreisen oder gar durch einfache
       Bleistiftzeichen dargestellt werden.
       
       Die Eigenschaften eines Bits sind unabhängig von der Art seiner
       Darstellung. Dies trifft auch auf ein Qubit zu. Es kann beispielsweise
       mithilfe der Polarisation eines Lichtteilchens, des Photons, dargestellt
       werden.
       
       Im Gegensatz zum herkömmlichen Bit kann ein Qubit jedoch unterschiedliche
       Überlagerungen der beiden Zustände annehmen. Daher rechnet ein
       Quantencomputer statt mit einem speziellen Wert mit allen möglichen
       Wertekombinationen zugleich. Dies macht es ihm möglich, komplizierte
       Aufgaben in Sekundenschnelle zu lösen, für die ein gewöhnlicher Computer
       Jahrzehnte bräuchte oder gar so lange, dass die Aufgaben für ihn praktisch
       unlösbar sind.
       
       ## 100 Mikrosekunden
       
       Die Wissenschaftler um Specht kodierten Informationen durch den
       Polarisationszustand eines Photons. Als Nächstes übertrugen sie den
       quantenmechanischen Zustand des Photons auf ein Rubidiumatom, speicherten
       ihn dort über 100 Mikrosekunden lang und lasen ihn anschließend wieder in
       Form eines neuen Photons aus.
       
       Damit ihnen dies gelang, mussten die Wissenschaftler eine Schwierigkeit
       überwinden: Um eine Quanteninformation in einem einzigen Atom zu speichern
       und auszulesen, war die Wechselwirkung zwischen Atom und Photon bisher zu
       gering. Daher war es bislang nur möglich gewesen, Quanteninformationen
       zwischen Photonen und Gruppierungen von Tausenden von Atomen auszutauschen.
       
       Die Forscher verstärkten die Wechselwirkung zwischen Atom und Photon durch
       einen optischen Resonator, in dem das Photon hin- und herreflektiert wurde.
       In der Mitte des Resonators befand sich das Rubidiumatom. Ein auf das Atom
       gerichteter Steuerlaser führte das Atom in einen Zustand, dessen
       magnetische Eigenschaften den Polarisationszustand des Photons wiedergaben.
       Dieser Zustand war stabil und konnte daher die Information speichern. Durch
       erneutes Einstrahlen des Steuerlasers wurde die Information ausgelesen.
       
       ## Vernetzte Quantencomputer
       
       "Quantenbits mithilfe schneller Lichtteilchen zu transportieren und sie in
       einzelnen Atomen an einem Ort festzuhalten und zu verarbeiten, ist von
       großer Bedeutung für zukünftige Quantencomputer", erklärte Specht. Mithilfe
       seines Verfahrens könnten Quantencomputer weltweit miteinander vernetzt
       werden. Doch wie lange es dauert, bis dies Wirklichkeit wird, ist derzeit
       noch unklar.
       
       Denn Quantenphysiker kämpfen zurzeit mit einer Schwierigkeit: Quantenbits
       sind hochsensibel. Bereits geringste Energieeinträge aus der Umwelt reichen
       schon aus, um einen quantenmechanischen Zustand zu zerstören und damit auch
       die gespeicherte Information.
       
       Etwas seltsam mutet es daher an, dass vor Kurzem eine kanadische Firma
       einen Quantencomputer zum Verkauf anbot. Angeblich soll dieser
       Quantencomputer über einen gut funktionierenden 128-Qubit-Prozessor
       verfügen. "Zwar konnten sie zeigen, dass ihr Computer über acht Qubits mit
       Quanteneigenschaften verfügt, doch dies ist noch lange kein Beweis für
       einen schnell arbeitenden 128-Qubit-Prozessor", meinen Kritiker. "Noch ist
       der Weg zum funktionsfähigen Quantencomputer sehr lang."
       
       18 Nov 2011
       
       ## AUTOREN
       
   DIR Claudia Borchard-Tuch
       
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