Wien - Quantencomputer sollen künftig Probleme lösen können, an denen ein klassischer Rechner scheitert. Deren künftige Rechenfähigkeit birgt aber auch eine neuartige Herausforderung in sich: Wie kann man sicher sein, dass das Ergebnis korrekt ist? Braucht man dazu etwa einen eigenen kleinen Quantencomputer? Wie eine Überprüfung mit konventionellen Methoden möglich ist, haben Wiener Physiker nun gezeigt und im Fachjournal "Nature Physics" veröffentlicht.

Hintergrund Quantencomputer

Neben anderen Quanteneffekten soll vor allem einer einen Quantencomputer künftig superschnell machen: die Überlagerung, auch Superposition genannt. Im Quantenrechner wird die kleinste Informationseinheit ein Quantenzustand sein, ein Quantenbit (Qubit). Während im klassischen Computer ein Bit nur die Zustände 0 (Strom aus) und 1 (Strom ein) annehmen kann, kann ein Qubit unendlich viele Zustände dazwischen einnehmen, es befindet sich im Zustand der Überlagerung.

Einfache Quantencomputer mit ein paar Handvoll Qubits existieren bereits in den Labors. "In den vergangenen Jahren hat man sich aber zunehmend gefragt, ob wir irgendwann vor dem Problem stehen werden, nicht mehr überprüfen zu können, ob das Ergebnis richtig ist und der Computer das macht, was er tun soll", sagte Philip Walther von der Fakultät für Physik an der Universität Wien im Gespräch.

Überprüfung ist möglich

Walther und Stefanie Barz, Hauptautorin der Studie, konnten nun gemeinsam mit Theoretikern aus Edinburgh und Singapur in einem neuartigen Experiment zeigen, dass es möglich ist, die Rechenergebnisse eines Quantencomputers zu überprüfen, ohne auf zusätzliche Quantenressourcen zurückzugreifen und wir "mit wenig Macht in der Hand eine wirklich mächtige Maschine überprüfen können", so Walther. Auch wenn sie dies nur an einem sehr kleinen Quantencomputer mit vier Qubits demonstrierten, konnten die Physiker nachweisen, dass dies prinzipiell möglich ist.

Eingebaute "Fallen"

Die Wissenschafter bauten dazu "Fallen" in die Rechenanfragen ein. Dabei handelt es sich um kleine Zwischenberechnungen, bei denen man das Ergebnis im Vorhinein kennt. Rechnet der Quantencomputer falsch, zeigt die Falle nicht das erwartete Ergebnis. Je mehr Fallen verwendet werden, umso sicherer ist die korrekte Berechnung.

Der Test ist dabei so konzipiert, dass der Quantenrechner die Falle nicht von einer gewöhnlichen Rechenanfrage unterscheiden kann. Das sei eine wichtige Voraussetzung, um zu garantieren, dass der Quantencomputer das Testergebnis nicht fälschen kann. Der Test eignet sich auch dafür nachzuweisen, dass der Quantencomputer tatsächlich auf Quantenressourcen zurückgreift und nicht nur hohe Rechenleistungen vortäuscht.

Das Experiment der Physiker basiert auf einem optischen Quantencomputer, der einzelne Lichtteilchen als Datenträger verwendet. Das Konzept zur Überprüfung würde sich aber nicht nur für optische Quantencomputer eignen, sondern gelte für jedes System, betonte Walther. Die Ergebnisse dieses Experiments seien zudem sowohl für zukünftige Kontrollmechanismen von Quantencomputern wichtig, als auch um komplexe Quantenphänomene zu untersuchen. (APA/red, derStandard.at, 30.9.2013)