Ein Forscherteam aus den USA demonstrierte kürzlich, wie Schallwellen künftig Quantencomputer antreiben könnten. Die Basis dafür bilden sogenannte Phononen.
Die Entwicklung von Computerchips führt zu immer leistungsfähigeren Prozessoren. Doch bald dürfte selbst die Nanotechnologie an ihre Grenzen geraten. Deshalb arbeiten immer mehr Forschungseinrichtungen und Unternehmen bereits seit Jahren an der Entwicklung sogenannter Quantencomputer.
Ein normaler Computer führt Rechenoperationen durch die Verrechnung von Einsen und Nullen aus. Ein Bit kann dabei immer nur den Zustand einer Eins oder einer Null einnehmen. Bei Quantencomputern ist die Situation anders. Denn Quanten-Bits können beide Zustände gleichzeitig einnehmen und ermöglichen so eine schnellere Ausführung von Operationen.
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Schallwellen ermöglichen Superposition für Quantencomputer
Ein Forscherteam der Pritzker School of Molecular Engineering an der Universität von Chicago entwickelte nun einen Ansatz, mit dem Geräusche einen Einsatz als Qubit finden. Hierfür untersuchten sie sogenannte Phononen. Einfach gesagt handelt es sich hierbei um Schallwellen, die wir Menschen als Geräusche wahrnehmen.
Für ihr Experiment verwendeten die Forscher akustische Spiegel, mit denen sich Soundwellen ablenken ließen. Diese Spiegel ließen in ihren Experimenten eine Reflexion von etwa 50 Prozent aller Phononen zu.
Da Phononen keine festen Körper sind, lassen sie sich grundsätzlich nicht aufteilen. Daher waren die Forscher überrascht, dass die kleinen Teilchen in einer Superposition endeten. Sie wurden also gleichzeitig reflektiert und durch die Struktur hindurchgelassen.
Phononen verschränkten sich quantenmechanisch
Sobald das Team die Fortbewegung der Teilchen mit Gerätschaften prüfte, landeten diese zu 50 Prozent in einem Status: reflektiert oder hindurchgeflossen). Die Abwesenheit der Messung brachte die Phononen hingegen wieder in die Superposition.
Außerdem zeigten die Ergebnisse, dass beim „Abschießen“ von zwei Phononen sich diese quantenmechanisch verschränkten, also immer am Ende den gleichen Zustand einnahmen.
Ziel des Teams ist es, die Forschungsergebnisse zu nutzen, um mechanische Quantencomputer zu ermöglichen. Bis dahin sind aber noch weitere Forschungen und Tests notwendig. Dennoch zeigt das Beispiel, dass Quantencomputer möglicherweise auf Basis von Schallwellen rechnen könnten.
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