Be­ginn der Quanten­computer-Ära

Mit einem Beitrag würdigt die Fachzeitschrift Nature Review Physics diese Woche den Beginn der experimentellen Forschung am Quantencomputer vor 25 Jahren. Im Mai 1995 veröffentlichen Ignacio Cirac und Peter Zoller ein umfassendes Konzept für den Bau eines Quantencomputers mit gefangenen Ionen.
Peter Zoller und Ignacio Cirac
Bild: Ein starkes Duo: Peter Zoller und Ignacio Cirac (Credit: Munich Center for Quantum Science and Technology/Christoph Lackner)

Im Jahr 1994 präsentierte der amerikanische Mathematiker Peter Shor seinen Quantenalgorithmus zur Faktorisierung großer Zahlen und demonstrierte damit eindrücklich das große Potential eines Quantencomputers. Auf der Internationalen Konferenz für Atomphysik im gleichen Jahr in Boulder, USA, forderte der Brite Artur Ekert seine Kollegen mit der Frage heraus: Wie können wir einen solchen Quantencomputer bauen? Im Publikum saßen damals auch die beiden Theoretiker Ignacio Cirac und Peter Zoller. Und sie wussten sofort, wie sie diese Frage lösen konnten. In intensiver dreimonatiger Zusammenarbeit entwickelten sie ein Modell für den Bau eines Quantencomputer. Als Grundlage dienten ihnen die Erfahrung mit gefangenen Ionen, die damals bereits in Atomuhren zum Einsatz kamen. Cirac und Zoller zeigen, wie diese Ionen als Quantenbits genutzt werden können und wie sich damit Quanten-Gatter bauen lassen. Dazu mussten sie einen Weg finden, Information zwischen den Quantenbits auszutauschen. Nach mehreren Versuchen hatten sie die entscheidende Idee: Die internen Zustände der Ionen konnten über die gemeinsame Bewegung der Teilchen miteinander gekoppelt werden. „Die Idee von Cirac und Zoller, einen gemeinsamen Freiheitsgrad als Datenbus zu verwenden, um Zwei-Qubit-Operationen zu ermöglichen, ist einfach und elegant, und aus diesem Grund wurde sie auf anderen Plattformen übernommen”, schreibt Iulia Georgescu in einer Würdigung der Arbeit in der Fachzeitschrift Nature Review Physics. „1995 entwarfen Cirac und Zoller den Bauplan für einen Ionenfallen-Quantencomputer und eine schaltungsbasierte Quantencomputerarchitektur im Allgemeinen.“

Gemeinsamer Erfolg

In den vergangenen 25 Jahren hat sich das Forschungsfeld enorm entwickelt. Akademische Arbeitsgruppen in aller Welt arbeiten an den theoretischen und experimentellen Grundlagen von Quantencomputern, zahlreiche IT-Unternehmen sind in die Entwicklung eingestiegen und beginnen mit der Vermarktung der ersten Prototypen. „Während wir die Lorbeeren für die Idee und Vision einheimsen dürfen, wäre dieser Erfolg ohne die wirklich herausragenden experimentellen Entwicklungen von Rainer Blatt, Dave Wineland, Chris Monroe und anderen nicht möglich gewesen. Die Tatsache, dass unsere Ideen den Lauf der Geschichte überlebt haben und dass sogar einige Unternehmen sie aufgegriffen haben, ist Menschen wie ihnen und ihren Gruppen zu verdanken und, im weiteren Sinne, einer ganzen Reihe von Theoretikern und Experimentalphysikern, die auf diesem Gebiet herausragende Beiträge geleistet haben“, betonen Ignacio Cirac und Peter Zoller.

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