Einsichten - Ludwig-Maximilians-Universität München

„Licht ist alles für uns. Wenn das Experiment läuft, haben wir zwölf Laser im Einsatz“, sagt Immanuel Bloch. Foto: Jan Greune
Supraleitung oder Magnetismus ableiten?
Das ist die Kernfrage. Die Komplexität ist
so groß, dass selbst die größten Computer
bereits früh scheitern. „Superrechner können
die Wechselwirkung von 30 bis 50 Teilchen
berechnen, dann ist Ende, für einfache
Modelle wohlgemerkt“, sagt Bloch. Es gibt
dabei zudem ein grundlegendes Problem:
Selbst wenn man die Rechenleistung dramatisch
steigern könnte, kann man nicht
viel mehr Teilchen simulieren. Schon für ein
kleines System mit ein paar Hundert Atomen
bräuchte man einen Speicher, der so
viele Plätze hat, wie es Atome im sichtbaren
Universum gibt. Um nur ein Elektron mehr
im Festkörper zu simulieren, bräuchte man
einen doppelt so großen Speicher, das Problem
wächst exponentiell.
Auch deshalb setzen so viele Forscher
große Hoffnungen in die Quantensimulatoren.
„Damit können wir je nach Fragestellung
das Verhalten von 1000 bis Millionen
von Teilchen anschauen“, sagt Bloch.
Damit sind die Quantensimulatoren den
Superrechnern in bestimmten Fragen haushoch
überlegen. Wichtig könnten die Vorhersagen
künftig für die Materialwissenschaften
sein. „Wir wissen bis heute nicht,
welches mikroskopische Modell Hochtemperatursupraleitung
erzeugt.“ Bloch will
zusammen mit Materialwissenschaftlern
und Theoretikern herausfinden, wie man
ein Material maßschneidern muss, um Supraleitung
sogar bei Raumtemperatur zu
erzeugen. Ein nahezu verlustfreies Stromversorgungssystem
wäre damit greifbar
nahe.
Bleibt eine große Frage: Sind die optischen
Kristallgitter schon Kandidaten für einen
vielbeschworenen universellen Quantencomputer?
Die hohe Kontrollierbarkeit der
Atome öffnet die Perspektive, die Teilchen
als Speicherbausteine für Quantencomputer
zu nutzen. Bloch bremst die Erwartungen.
„Die technischen Hürden sind enorm.
Vor allem die Kontrolle des Systems und
die Isolation von der Umgebung sind
schwierig.“ Doch Bloch sagt auch: „Es gibt
kein fundamentales Hindernis, warum es
nicht gehen sollte. Die Zustände 0 und 1
lassen sich auf Spin-Zustände im Atom
abbilden.“ Das ist der Kern. Dann muss
man Gatter zwischen den Rechenoperationen
machen, zwischen den sogenannten
Qubits. Daran scheitert man noch. „Wir lernen
hier im Labor immer mehr über die
Bausteine, die man für den Quantencomputer
braucht“, sagt Bloch. „Aber zum universellen
Quantencomputer ist es noch ein
weiter Weg. Wir müssen die Kontrolle weiter
steigern, dann haben wir auch neue
Arten zu rechnen.“ Wer weiß, vielleicht wird
Immanuel Bloch irgendwann am Ende seines
Arbeitslebens wieder einen Vorhang
aufziehen, hinter dem dann der Prototyp
des ersten Quantencomputers steht.•
Prof. Dr. Immanuel Bloch
ist Ordinarius für Experimentalphysik an
der LMU und Direktor am Max-Planck-
Institut für Quantenoptik in Garching.
Bloch, Jahrgang 1972, studierte Physik an
der Universität Bonn und promovierte an
der LMU beim späteren Nobelpreisträger
Theodor Hänsch. Von 2003 an war er
Lehrstuhlinhaber an der Universität Mainz,
bevor er 2008 zurück nach München kam.
Bloch ist unter anderem Träger des
Leibnizpreises der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(2004) und eines hoch
dotierten Synergy Grants des Europäischen
Forschungsrates ERC (2013).
Nummer 2 / 2013 Einsichten – Das Forschungsmagazin
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