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Innsbrucker Forscher demonstrieren effizientes Quanten-Computing

Das Zerlegen von Zahlen in ihre Primfaktoren wird von vielen Forschern als Paradedisziplin für zukünftige Quantencomputer gesehen. Ein Team von Forschern der Universität Innsbruck hat in Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston demonstriert, wie diese mathematisch komplexe Aufgabe von Quantencomputern effizient erledigt werden kantige Verschlüsselungsfaktoren.

Quantencomputer - D-Wave Google und NASA

D-Wave Quantencomputer von Google

Quantencomputer könnten gängige Verschlüsselungsfaktoren nutzlos machen

Dieser Nachweis könnte ein Hinweis darauf sein, dass Quantencomputer mit einem deutlich geringeren technischen Aufwand realisiert werden könnten. Das Team von Rainer Blatt benötigte lediglich 5 Quantenbits, um die Zahl 15 in ihre Primfaktoren zu zerlegen. Diese Rechenaufgabe liegt interessanterweise auch vielen modernen Verschlüsselungsalgorithmen zugrunde.

Denn für die Entschlüsselung digitaler Schlösser, die Online-Einkäufe und andere Transaktionen im Netz schützen, müsste ein Hacker eine große Zahl in ihre Primfaktoren zerlegen. Solange es um kleine Zahlen geht, ist das Ermitteln der Primfaktoren mehr ein Ratespiel als eine mathematische Aufgabe. Im Falle der Zahl 15 sind die Primfaktoren 3 und 5. Wenn es aber um eine Zahl mit Hunderten von Stellen geht, dann ist die Anzahl der möglichen Kombinationen gewaltig. Selbst ein moderner Supercomputer wäre jahrzehntelang mit dieser Aufgabe beschäftigt.

Ein Quantencomputer könnte dies deutlich schneller, da er Atome, Ionen oder Elektronen als Informationsträger einsetzt. Diese können gemäss den Regeln der Quantenphysik gleichzeitig zwei sich ausschliessende Eigenschaften tragen und somit im Gegensatz zu den klassischen Bits die Werte 0 und 1 speichern können. Ein Quantencomputer mit mehreren Hundert Qubits könnte eine Vielzahl von Zahlenkombinationen verarbeiten.

Quantensprung in Richtung Quantencomputer?

Prototypen in Laboren beschränken sich bisher jedoch auf 14 Qubits, der technische Aufwand bei der Konstruktion größerer Quantencomputer ist schlicht und einfach zu groß.

Das Ergebnis des Experimentes der Innsbrucker Forscher wirkt auf den ersten Blick wenig revolutionär. Bereits 2001 gelang Isaac Chuang vom MIT, der mit den Wissenschaftlern an dem Experiment arbeitet, die Zahl 15 mit einem Quantencomputer in ihre Primfaktoren zu zerlegen. Das Experiment ist dennoch ein entscheidender Schritt in Richtung eines in der Praxis funktionierenden Quantencomputers. Das Team zeigte nämlich erfolgreich, dass sich die Zahl der benötigten Qubits um den Faktor 3 senken lässt. Der verwendete Prototyp bestand aus fünf Kalziumionen, die als Qubits fungierten. Bisher ging man davon aus, dass für die Aufgabe mindestens 12 Qubits nötig sind. Der Prototyp stellt einen standardisierten Baustein dar, der theoretisch auch vervielfältigt werden und so in weniger als 10 Jahren einen Quantencomputer mit mehreren 100 Qubits erreichbar machen könnte.

Bis dahin muss aber noch viel Arbeit geleistet werden. So arbeiten Forscher seit längerem daran, die Fehleranfälligkeit bei derart vielen Qubits zu senken. Wie genau sich dies umsetzen lässt, ist bisher unklar.

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