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Quantencomputer

Rechenschieber aus sieben Atomen

Die größten Maschinen fangen klein an. In diesem Fall sogar winzig: Mit Atomen haben Bonner Physiker ein einfaches Rechenbrett gebaut. Wie Kiesel konnten sie darauf die Partikel per Laserstrahl sortieren. Schon einmal fingen Computer so simpel an - vor über 3000 Jahren.

Bonn - "Rechnung auff der Linihen" heißt das im Mittelalter beliebte Rechenlehrbuch Adam Rieses von 1518. Darin erklärte der Mathe-Meister den Kaufleuten seiner Zeit, wie sie große Zahlen fix addieren konnten - ohne die ganze Arbeit im Kopf erledigen zu müssen. Früher schon, mehr als 1000 Jahre vor Christus, hatten Menschen in Indien oder China den ersten Abakus erfunden - einen simplen Rechenschieber mit mehreren Stangen voller verschiebbarer Kugeln oder Steine.

Zählen und Verschieben, das ist der Anfang des mechanisierten Rechnens, die Grundlage jedes Computers. Insofern ist es ein erster Schritt in Richtung der Rechner der Zukunft, was Forscher vom Institut für angewandte Physik der Universität Bonn in der britischen Zeitschrift "Nature" vorstellen: Sie haben einzelne Cäsium-Atome entlang einer Linie angeordnet, verschoben und sortiert.

Zunächst kühlten die Forscher die Atome ab. Nahe des absoluten Nullpunkts (minus 273,15 Grad Celsius) bewegen sich die Teilchen kaum noch. Das Team um Arno Rauschenbeutel und Dieter Meschede hatte eine Art Rechenbrett aus Laserstrahlen gebaut, über dem sie die abgebremsten Teilchen ausleerten. Es handelt sich dabei um eine stehende Lichtwelle mit Bergen und Tälern, vergleichbar mit einem Stück Wellpappe, erläutern die Forscher.

"In welchem Wellental die Atome genau landen, lässt sich leider nicht vorhersagen", sagte Rauschenbeutel. "Das ist ähnlich, als würde man mehrere Eier aus einer großen Schüssel in einen Eierkarton schütten - in welche Vertiefung sie dabei rutschen, ist Zufall."

Diese Unordnung war sowohl der Schwachpunkt des Experiments als auch die Herausforderung für die Forscher. "Sämtliche Atome auf dem Förderband müssen denselben Abstand zueinander haben, nur dann können wir sie in einem sogenannten Quantengatter kontrolliert miteinander wechselwirken lassen", sagte Rauschenbeutel.

Atom-Fließband aus Laserstrahlen

Also setzten die Physiker die Atome mit Hilfe der Laserstrahlen in Bewegung. Senkrecht zu deren Richtung setzten sie weitere Laserstrahlen an - so wie sich überkreuzende Fließbänder. Das genügte, um Atome aus der unsortierten Reihe herauszupicken. "Dann fahren wir das Transportband an die gewünschte Stelle und setzten das Atom dort einfach wieder ein", erklärte Rauschenbeutel. Sieben Cäsiumatome so zu sortieren, dass sie einen gleichmäßigen Abstand von 15 Mikrometern zu ihren Nachbarn hatten, dauerte mit dieser Methode etwa zwei Sekunden.

Die Anordnung in gleichen Abständen ist der erste Schritt zu einem Raster, in dem auch einfache Rechenoperationen gelöst und Werte gespeichert werden könnten. Als nächsten Schritt planen die Bonner den Bau des Quantengatters, eines logischen Bausteins für Quantencomputer.

Das historische Vorbild Abakus - in Europa nur noch als Rechenhilfe für Kinder verbreitet und abwertend oft als "Idiotenharfe" bezeichnet - ist übrigens noch in vielen Weltgegenden in Gebrauch, natürlich in etwas handlicheren Abmessungen.

stx/dpa