In der Welt der "normalen", siliziumbasierten Computer herrscht Dualität: Ein Bit, die fundamentale Informationseinheit aller heutigen Computer, repräsentiert immer eine von zwei Möglichkeiten: Null oder Eins, ja oder nein, wahr oder falsch, an oder aus. Ganz anders jedoch bei einem Quantencomputer: Weil hier die Hauptakteure keine elektronischen Bauteile sind, sondern Atome oder Photonen, gehorchen sie den ganz eigenen Gesetzen der Quantenwelt. Sie haben damit nicht nur die Wahl zwischen "Null" und "Eins", sondern können gleichzeitig auch alle Zustände dazwischen einnehmen.

Quantenbits © N.Podbregar

Und genau dieser Überlagerungszustand birgt das gewaltige Potential eines Quantencomputers in sich. Denn, so erklärt Seth Lloyd, Professor am MIT und einer der führenden Quantencomputerforscher: "Ein Quantencomputer kann sogar mit nur einem Bit Dinge tun, zu denen ein konventioneller Rechner überhaupt nicht fähig ist." Ein normaler Computer arbeitet seriell, er erledigt eine Rechenoperation nach der anderen. Im Gegensatz dazu kann ein Quantencomputer schon mit einem einzigen Quantenbit oder Qubit alle möglichen Ergebnisse einer Rechenoperation gleichzeitig kalkulieren, da dieses alle möglichen Zustände gleichzeitig einnimmt.

"Diese elementare Parallelität erlaubt es einem Quantencomputer, eine Million Kalkulationen in der Zeit durchzuführen, in der ein Desktopcomputer gerade einmal eine einzige schafft", erläutert David Deutsch, Physiker am Mathematischen Institut der Universität von Oxford. Ein Quantencomputer aus nur 40 Qubits würde in nur 100 Schritten dasselbe leisten wie ein Supercomputer mit Milliarden von Bits in vielen Jahren.

Spannend wird dies überall dort, wo große Datenmengen schnell umgesetzt werden müssen. Isaac Chuang vom IBM-Forschungszentrum Almaden: "Ein Quantencomputer könnte beispielsweise für das Durchsuchen von Datenbanken eingesetzt werden - auch die Suche im Internet würde er enorm beschleunigen - wäre aber für eher profanere Aufgaben wie Textverarbeitung weniger geeignet."

Chuang und sein Team haben bereits im Jahr 2000 den ersten Quantenrechner aus fünf Qubits vorgestellt. Er konnte zum ersten Mal ein Problem tatsächlich deutlich schneller lösen als sein konventionelles Gegenstück. Wo der konventionelle Rechner mehrere hintereinandergeschaltete Arbeitsschritte brauchte, genügte dem Quantenrechner dank der Überlagerung der Qubits nur ein einziger. Aber wie sieht ein Quantenrechner konkret aus? Woraus besteht er? Und wie gibt man Informationen und Befehle ein?