Physik: Weg­wei­sende Ar­beit gewür­digt

Vor knapp 20 Jahren hat der Physiker Hans Briegel mit seinem Doktoranden Robert Raussendorf das Konzept für einen messungsbasierten Quantencomputer präsentiert. Die Fachzeitschrift Physical Review A wählte nun die Ausarbeitung dieses Konzepts aus dem Jahr 2003 zu einem der 26 wichtigsten Beiträge in der fünfzigjährigen Geschichte der Zeitschrift.
Großer Quantenprozessor aus Licht
Bild: Die Verschränkungsstruktur eines großen Quantenprozessors aus Licht. (Credit: Shota Yokoyama)

Der von Hans Briegel und Robert Raussendorf gemeinsam entwickelte Quantencomputer unterscheidet sich vom klassischen Schaltkreismodell dadurch, dass darin zunächst ein von der Fragestellung unabhängiger, verschränkter Quantenzustand generiert wird. Die eigentliche Rechnung wird dann durch gezielte Messungen an diesem Zustand durchgeführt, wobei die einzelnen Messungen von den Ergebnissen vorhergehender Messungen bestimmt werden. Den theoretischen Entwurf für diese Art von Quantencomputer haben Hans Briegel und Robert Raussendorf im Jahr 2001 erstmals in Physical Review Letters präsentiert. Damals noch in München, hatten die beiden Quantenphysiker nicht nur einen Bauplan für einen neuen Quantenrechner im Sinn, sondern vielmehr die Grundlagen für ein besseres Verständnis davon, was ein Quantencomputer eigentlich ist. „Wir haben das Bild vom Computer als ein Netzwerk von logischen Gattern in unserer Theorie verlassen. Unser Quantenrechner basiert allein auf Messung an verschränkten Teilchen“, erläutert Briegel. „Es lassen sich in der Natur verschränkte Zustände herstellen, die es uns ermöglichen, mit Quanten zu rechnen, wenn wir sie nur geschickt messen.“ Dieses Konzept haben die Forscher 2003 in einer Arbeit in der Fachzeitschrift Physical Review A detailliert ausgearbeitet. Im Jahr 2005 konnten Forscher um Anton Zeilinger in Wien erstmals mit Clustern auf vier Photonen das Prinzip experimentell in die Tat umsetzen. Durch die Art und Weise, wie die Zustände der Teilchen gemessen werden, lassen sich komplexe Rechenoperationen durchführen. Die Messung zerstört dabei die Verschränkung der Teilchen, weshalb dieses neue Modell eines Quantencomputers auch den Namen Einweg-Quantencomputer trägt.

Hans Briegel wurde 2003 von München an die Universität Innsbruck berufen, Robert Raussendorf ist heute Associate Professor an der University of British Columbia in Vancouver, Kanada. Die Arbeit in Physical Review Letters wurde laut Web of Science inzwischen von Fachkolleginnen und -kollegen über 2.400-mal zitiert, die nun als eine der wichtigsten Arbeiten der vergangenen fünfzig Jahre gekrönte Arbeit in Physical Review A wurde über 800-mal zitiert. Im Vorjahr haben Forscher an der University of Tokyo eine 2006 von Nicolas Menicucci und Kollegen entwickelte Verallgemeinerung der ursprünglichen Idee von Raussendorf und Briegel erfolgreich im Labor umgesetzt. 

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