Hintergrund

Das sind die Schweizer Gegenspieler der NSA

Schweizer Professoren arbeiten an einem Super-Computer. Sie bringen damit die NSA ins Schwitzen und bezeichnen sich als «eine Art Magier».

Sie wollen Informationen über den Röstigraben beamen: Die Quantenwissenschaftler von QSIT.


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Die Schweiz liefert sich ein Kopf-an-Kopf-Rennen mit NSA-Forschern und Wissenschaftlern der EU. Sie gehört damit zu einer Spitzengruppe, die sich von etwa 50 Forschungslaboren weltweit absetzte und mit Hochdruck an einem Super-Computer arbeitet. Seth Lloyd, Professor und Quantenmechaniker des Massachusetts Institute of Technology (MIT), sagt gegenüber der «Washington Post»: «Die EU und die Schweiz haben in den letzten Jahrzehnten signifikante Fortschritte erzielt. Sie haben die amerikanische Computertechnologie eingeholt.» Lloyd zollt damit einem Schweizer Netzwerk von 34 Professoren sowie 300 Studenten und Wissenschaftlern Respekt, das sich «QSIT – Quantenwissenschaften und -technologie» nennt. Es soll die zentralen Entdeckungen im Bereich Quantenphysik und Informationstheorie des 20. Jahrhunderts zusammenbringen.

Die QSIT-Leitung obliegt Professor Klaus Ensslin von der ETH Zürich und Professor Richard Warburton von der Universität Basel. Laut ETH-Sprecher Roman Klingler handelt es sich um ein gross angelegtes Forschungsprojekt, das verschiedene Disziplinen umfasst. Jüngst erzielte Andreas Wallraff, ETH-Physiker und Professor am Laboratorium für Festkörperphysik, einen bedeutenden Durchbruch, welcher die Aufmerksamkeit der NSA geweckt haben dürfte. Wallraff und seinem Team gelang es, Informationen über sechs Millimeter von einer Ecke des Chips in die andere zu teleportieren – ohne dass bei dem Vorgang physikalische Teilchen den Weg zurückgelegt haben.

Transport ohne Informationsträger

Das Experiment gelang mit einem Chip, der einem herkömmlichen Computerchip ähnelt. Die darauf enthaltenen Informationen waren darauf allerdings nicht nach den Gesetzen der klassischen Physik gespeichert und verarbeitet worden. Sie folgten dabei den Regeln der Quantenphysik. So übertragen die künftigen Quantencomputer Information nicht mit herkömmlichen Bits, sondern funktionieren durch Quantenzustände von Atomen, Elektronen oder Lichtteilchen (Photonen). Sie nutzen dabei eine Eigenschaft der Quantenmechanik aus: Die Quantenbits oder Qubits genannten kleinsten Speichereinheiten dieser Rechner können sich in einem Überlagerungszustand befinden. Dabei vermögen sie zwei verschiedene Informationen gleichzeitig zu speichern. Die klassischen Bits hingegen sind entweder im Zustand 0 oder 1, nie aber in beiden zur gleichen Zeit. So können Quantenrechner Daten effizienter verarbeiten.

«Bei der gewöhnlichen Telekommunikation wird die Information über elektromagnetische Impulse übertragen. Beispielsweise transportiert man im Mobilfunk gepulste Radiowellen und in Glasfaserverbindungen gepulste Lichtwellen», erklärt Andreas Wallraff in einer internen Publikation der ETH.

Bei der Quantenteleportation hingegen transportierten die Wissenschaftler nicht den Informationsträger selbst, sondern ausschliesslich die Information. Sie machten sich dafür die quantenmechanischen Eigenschaften des Systems zunutze, insbesondere «die Verschränkung von Sende- und Empfängereinheit». Wallraff meint damit eine für Laien «magisch» anmutende Verbindung. «Quantenteleportation ist vergleichbar mit dem Beamen in der Science-Fiction-Serie ‹Star Trek›», sagt der Zürcher Professor. «Die Information reist nicht von Punkt A zu Punkt B. Vielmehr erscheint sie an Punkt B und verschwindet an Punkt A, wenn man sie an Punkt B abliest.»

Teleportieren von Insel zu Insel

Während ihres Experiments vermochten die Wissenschaftler mehr Information zu transportieren, als dies durch herkömmliche Übermittlung möglich gewesen wäre. Sie erbrachten damit den Beweis, dass die Information tatsächlich über quantenphysikalische Effekte bewegt worden war.

Die sechs Millimeter sind im Vergleich zu anderen Experimenten mit Teleportation noch eine sehr kleine Distanz. Schliesslich ist es vor mehr als einem Jahr österreichischen Wissenschaftlern gelungen, eine Information über mehr als hundert Kilometer zwischen den beiden Kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa zu transportieren. Laut ETH sind dieser und ähnliche Versuche jedoch grundlegend anders. Die Österreicher nutzten optische Systeme mit sichtbarem Licht. «Den ETH-Forschern ist es hingegen zum ersten Mal gelungen, Informationen in einem System mit elektronischen Schaltungen zu teleportieren.»

Mit Photonen spielen

Die Zürcher wollen nun die Distanz zwischen Sender und Empfänger vergrössern. Professor Wallraff ist überzeugt: «Teleportation ist eine wichtige Zukunftstechnologie auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung.» Damit liessen sich beispielsweise Informationen auf einem Quantenchip oder in einem zukünftigen Quantenprozessor von einem Punkt zu einem anderen transportieren. Gegenüber den aktuellen Technologien hat quantenphysikalische Information den Vorteil, dass die Informationsdichte viel höher ist.

Quantenmechaniker Gian Salis wirkt ebenfalls bei QSIT mit und ist überzeugt: «Mithilfe der Quantenmechanik können wir eine ganz andere Art Computer bauen.» Nicolas Gisin, Quantenphysiker und Professor an der Universität Genf, bezeichnet seinesgleichen als eine «Art Magier, die mit Photonen spielen». «Ich lasse sie hier verschwinden und dort wieder erscheinen», sagt der Westschweizer. Eines seiner Projekte hat zum Ziel, Quanteninformation von Genf nach Zürich zu transferieren.

55,3 Millionen schweres Projekt

«QSIT – Quantenwissenschaften und -technologie» ist einer der Forschungsschwerpunkte des Schweizer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF). Die Quantenphysiker werden unterstützt, weil ihr langfristig angelegtes Vorhaben von «strategischer Bedeutung für die Zukunft der schweizerischen Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft» ist. Es soll die zentralen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts zusammenbringen: Quantenphysik und Informationstheorie.

Laut SNF wird die Forschung auf diesem Gebiet Wissenschaft und Technologie künftig stark beeinflussen. QSIT verbinde in einem multidisziplinären Ansatz Konzepte aus Physik, Chemie sowie Ingenieur- und Computerwissenschaften. Im entsprechenden Netzwerk arbeiten Forschende aus zahlreichen Schweizer Hochschulen mit Grundlagenforschern der Industrie zusammen. Ihr gemeinsames Ziel ist die Entwicklung von Anwendungen im Bereich der Quanteninformatik, aber auch die Untersuchung neuer Paradigmen in der physikalischen Grundlagenforschung, Ordnung und Zustände der Materie beispielsweise. Von 2011 bis 2014 fliessen 55,3 Millionen Franken in QSIT, 17,1 Millionen davon berappt der Schweizer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung. (Tagesanzeiger.ch/Newsnet)

Erstellt: 03.01.2014, 11:40 Uhr

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