Ein Laserstrahl hier, ein paar eingefangene Ionen dort, schon beginnt der Quantencomputer sein diabolisches Werk. Er arbeitet so schnell, daß den Tätern die Zeit für eine Zigarette bis zur absoluten Vollendung fehlt. Schon nach wenigen Sekunden ist es geschafft: Die geheimen Codes des Pentagon und CIA, FBI und all der anderen hochsensiblen Einrichtungen der USA sind geknackt. Die nationale Sicherheit der Weltmacht, auf kompliziertester Verschlüsselungstechnik aufgebaut, gibt es nicht mehr.
Solch ein Horrorszenario stellen sich Wissenschaftler am California Institute of Technology in Pasadena vor, wenn die sogenannten Quantencomputer den Alltag erobern. Die Amerikaner, selbst an der Entwicklung der neuartigen Superrechner beteiligt, müssen es schließlich wissen. Eine von Peter Shor in American Telephone and Telegraph-Labors vorerst nur auf dem Papier entwickelte Quantenrechenmaschine kann Sicherheitscodes in allen Einrichtungen innerhalb von Sekunden knacken. Der Codeschutz beruht auf mathematischen Operationen, die aufgrund ihres immensen Umfanges von keinem zeitgenössischen Rechner entschlüsselt werden können.
Quantencomputer werden wohl erst im kommenden Jahrtausend das Licht der Elektronik-Welt erblicken. Die Technologie spielt sich dabei auf atomarer Ebene ab. Im Gegensatz zu gegenwärtigen Transistoren aus Silizium sollen im neuen Quanten-PC atomare Elektronenzustände die Arbeit verrichten. Lediglich zwei Atome erledigen beispielsweise dann, was jetzt noch mindestens tausend Atome auf gleichem Raum, den Speicherchips, tun müssen: die richtigen Befehle für die einzelnen Rechenoperationen liefern. Die Quantencomputer bedienen sich dabei einer Besonderheit von Atomen. Elektronen in Atomen können nämlich vereinfacht betrachtet in zwei unterschiedliche Energieniveaus versetzt werden. Das bedeutet, daß beispielsweise ein Wasserstoffelektron, durch einen Laserpuls angeregt, wie auf einer Leiter eine Sprosse zur nächsten Atomschale klettert. Ein erneuter Laserstoß könnte es von dort aus wieder in den Grundzustand stoßen - oder auch nicht. Der Zustand des "Sowohl-oben-als-auch-unten" aber ermöglicht den Durchbruch zur neuen Geschwindigkeit. Denn das Hin- und Herspringen zwischen den möglichen Atomzuständen, von Wissenschaftlern als "Flippen" bezeichnet, bildet die Grundlage von bis dato nie erreichten schnellen Rechenoperationen. Mit einem Speicher von nur 40 Bits würde ein Quantencomputer in hundert Rechenschritten und in weniger als einer Sekunde das leisten, wozu heutige Rechner mit mehreren Billionen Bits einige Jahre benötigen. Um die Atome in die verschiedenen Quantenzustände zu bringen, wenden Forscher so manchen raffinierten Trick an.
Peter Zoller, Professor am Institut für theoretische Physik der Universität Innsbruck, baut dazu sogenannte Ionenfallen. Darin ruhen einzelne Atome, die Laserlicht in die jeweiligen Zustände befördert. "Realistisch für Quantencomputer sind Ionenfallen mit bis zu 30 Ionen, aber in nächster Zukunft werden wohl erst kleine Systeme mit fünf bis zehn Ionen gebaut werden", sagt Zoller. Vom handlichen Quantencomputer allerdings ist diese Technik noch weit entfernt: Eine einzige Ionenfalle nimmt in etwa so viel Platz ein wie zwei Schreibtische. Ein Quanten-PC benötigt aber tausend solcher Einheiten.
Mehr Optimismus setzen daher Fachleute an der University of Notre Dame im amerikanischen Notre Dame, Indiana, in den Bau "zellulärer Automaten". Diese ermöglichen auf engstem Raum zwei verschiedene Atomzustände des gleichen Moleküls, die sich ebenfalls flippen lassen würden. Auch hierzulande gelten die Vorläuferbausteine der Quantencomputer als möglicher Chipersatz der Zukunft.
Und der gute, alte Chipcomputer? Quantencomputer werden nach Meinung Zollers Spezialcomputer bleiben. Als eine der vielen Anwendungsmöglichkeiten könne man sich ein Quanteninternet vorstellen, in dem die Kommunikation mit kleinen Quantencomputern durchgeführt wird. "Ein solches System garantiert die Datensicherheit aus Gesetzen der Quantenmechanik heraus", so Zoller. "Nicht einmal ein Quantencomputer könnte das mehr knacken." Die nationale Sicherheit der USA wäre demnach doch noch zu retten: über das Internet.

VLAD GEORGESCU