Mit Quantenphysik sicher in der Wolke

  • 20. January 2012

Forscher aus Wien haben einen Quantencomputer konstruiert, der die Ergebnisse seiner Daten und Rechnungen selbst nicht kennt.

Physiker des Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien und des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben erstmals die absolute Sicherheit von Daten in einem Grundlagenexperiment gezeigt. Dabei führt ein Quantencomputer Rechnungen durch, kann aber selbst nicht herausfinden, welche es sind. Der Quantenrechner kann beispielsweise nicht unterscheiden, ob er gerade einen Code entschlüsselt, oder einen Eintrag in einem Telefonbuch sucht.

Abb.: Künstlerische Darstellung von verschiedenen verschränkten Zuständen, die für „blinde“ Quantenrechnungen genutzt werden können. (Bild: Equinox Graphics)

Abb.: Künstlerische Darstellung von verschiedenen verschränkten Zuständen, die für „blinde“ Quantenrechnungen genutzt werden können. (Bild: Equinox Graphics)


Ein künftiger Quantenrechner könnte so funktionieren: Ein Nutzer präpariert Qubits – die kleinsten Einheiten der Quanteninformation – in einem nur ihm bekannten Zustand und sendet diese zum Quantencomputer. Dieser verschränkt die Qubits nach einem bestimmten Schema. Die Quantenrechnungen werden nun durch Messungen umgesetzt. Dazu schickt der Nutzer verschiedene Messanweisungen an den Quantencomputer.

Diese Anweisungen sind an den Zustand der Qubits angepasst und ergeben nur einen Sinn, wenn auch der Zustand der Qubits bekannt ist. Da der Quantencomputer diesen jedoch nicht kennt, sind für ihn die Rechnungen eine unzusammenhängende Abfolge an Operationen. Daher kann er zu keinem Zeitpunkt Rückschlüsse ziehen, welche Rechnung er gerade durchführt – er rechnet „blind“. Am Ende der Rechnung werden die Ergebnisse an den Nutzer zurückgesendet. „Der Nutzer kann als einziger die Ergebnisse interpretieren und nutzen, da nur er die Ausgangszustände der Qubits kennt“, erklärt Stefanie Barz, Erstautorin der Studie.

Beim Wiener Experiment wurden einzelne Photonen als Qubits verwendet. Deren Polarisation, die Schwingungsebene des Lichts, ist die Grundlage für das photonische Qubit. Photonen sind perfekt geeignet, weil sie ideale Informationsträger sind und über weite Distanzen gesendet werden können.

Quantencomputer werden vermutlich zunächst nur in wenigen spezialisierten Rechenzentren zur Verfügung stehen – ähnlich wie bei heutigen Großrechnern. Diese Strategie folgt dem aktuellen Trend des Cloud Computing, bei dem IT-Leistungen in die „Rechnerwolke“ ausgelagert werden. Nutzer könnten von außerhalb Anfragen an einen Quantencomputer stellen und Quantenrechnungen durchführen.

U. Wien / PH

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