II. Wissenschaftliche Vorträge

haben, sind die Gesetze der Physik ganz anders, als wir es aus unserem Alltag ge-
wohnt sind.
Nichtsdestotrotz erlaubte eben diese Quantenphysik, obgleich schwer ver-
ständlich, neue Technologien zu entwickeln, wenn man nur strikt ihren Ge-
setzen folgt. Dies ebnete den Entwicklungsweg zum Transistor, zum Laser und
nachfolgend auch zu Computern, Mobiltelefonen und dem Internet. Heute, fast
100 Jahre nach Entdeckung der Quantenmechanik, sind Wissenschaftler in der La-
ge, quantenmechanische Effekte noch intensiver und kontrollierter zu nutzen. In
dieser sogenannten „zweiten Quantenrevolution“ können die seltsamen Effekte
der Quantenphysik helfen, neue Technologien in den Bereichen Informationsver-
arbeitung, Sensorik oder Kommunikation voranzutreiben.
Im Bereich der Informationsverarbeitung wird von einem Quantencomputer
geträumt. Er würde im Gegensatz zu einem konventionellen Computer auf den
Gesetzen der Quantenmechanik basieren und diese geschickt nutzen. Das Funk-
tionsprinzip eines Quantencomputers basiert auf Qubits (kurz für Quantenbits)
anstelle von Bits. Während ein Bit in einem gewöhnlichen Computer nur zwei
Zustände annehmen kann (0 und 1, aus und an), kann ein Qubit in beiden Zustän-
den gleichzeitig sein, mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit.
Dies basiert auf dem Quantenphänomen der Superposition, auf gut Deutsch:
Überlagerung. Darüber hinaus können Qubits miteinander verschränkt werden.
Das Phänomen der Verschränkung, das Albert Einstein als „spukhafte Fernwir-
kung“ bezeichnete, beschreibt einen Prozess, in dem zwei Qubits miteinander
„verkuppelt“ werden. Denn hiernach sind sie - ähnlich wie ein alteingesessenes
Ehepaar - nicht mehr unabhängig voneinander, und der Versuch, den einen zu
messen, beeinflusst automatisch den anderen. Superposition und Verschränkung
sind zwei der Grundzutaten für einen Quantencomputer. Dank Superposition
wird das Rechnen mit mehreren Eingabewerten möglich und erlaubt es, meh-
rere Lösungen gleichzeitig zu testen. Dieser Quantenparallelismus funktioniert,
da zudem durch geschickte Algorithmen richtige Lösungen verstärkt und falsche
ausgelöscht werden.
Theoretisch gibt es bereits seit gut zwei Jahrzehnten Algorithmen für einen
Quantencomputer. Doch was macht den Bau so herausfordernd? Nun, einerseits
sind Quantenzustände sehr instabil und kurzlebig. Dieses Phänomen ist als Deko-
härenz bekannt. Es resultiert aus jeder kleinsten Wechselwirkung der Qubits mit
ihrer Umgebung, die die Quantenzustände (zer-)stören kann. Andererseits ist das
Manipulieren, Auslesen und Verschränken von Qubits technisch anspruchsvoll, da
auch hierbei der Quantenzustand nicht gestört werden darf
Trotz dieser Schwierigkeiten haben sich in den vergangenen Jahren einige
Plattformen herauskristallisiert, die helfen könnten, einen Quantencomputer zu
realisieren. Die vermutlich bekannteste Plattform basiert hier auf supraleitenden
(widerstandsfreien) Stromschleifen, sogenannten Superconducting Qubits. Diese

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