Quantencomputer aus Molekülen: Dem Bit droht die Ablösung

Mit Laserlicht lassen sich einzelnen Zellen und sogar einzelne Moleküle einfangen, festhalten und präzise detektieren. Dieses Prinzip der optischen Pinzette ist seit 30 Jahren bekannt.

Jetzt haben zwei Forschungsgruppen damit eine ganze Anordnung aus Molekülen zusammengeschaltet und diese wie die qubits in einem Quantencomputer verwendet. Mit je einem Calcium- und Fluoratom, die einen enorm großen atomaren Ladungsunterschied aufweisen, ließ sich die klassische Beobachtung der Zustände "0" und "1" auf molekularer Ebene erreichen.

Der Aufwand bis hin zu diesem Aufbau ist enorm. Es wird ein ganzer Komplex aus optischen Pinzetten, also im Grunde Lasern benötigt, die jeweils ein einzelnes Molekül Calciummonofluorid festhalten.

Die Moleküle müssen bis nah an den absoluten Nullpunkt von -273,15 °C abgekühlt werden, damit sie nicht mehr schwingen. Anschließlich können einzelne Moleküle in Rotation versetzt werden, mit der nach der Unschärferelation minimal möglichen Energie.

Informationsverarbeitung der Zukunft

Das klingt insgesamt noch ziemlich unpraktisch und dürfte noch gigantischer und stromhungriger sein, als es die raumfüllenden Schrankcomputer der Sechziger Jahre waren.

Spannend wird dagegen, was die Forschenden als Ausblick auf zukünftige Experimente geben. Weil ein Molekül im Vergleich zu einem Transistor oder auch zum qubit in einem Quantencomputer vergleichsweise komplex ist, erhöht sich die Anzahl messbarer Zustände.

Aus "0" und "1" im altbekannten Bit und Qubit soll im Quantencomputer auf Basis von Molekülen in nächsten Schritt ein Tribit oder Qutrit werden mit den möglichen Zuständen -1, 0 und +1.

Damit schrumpft nicht nur die Einheit, die die grundlegende Information speichert, vom Nanometer- in den Picometerbereich. Mit der "3" als Basis ergibt sich zudem eine viel größere Informationsdichte. Statt 100 Bits benötigt man zum Beispiel nur 63 Tribits.

Kann ein Apple M2 Ultra insgesamt 134 Milliarden Transistoren vorweisen, ließen sich irgendwann in der Zukunft auf der gleichen Fläche 100 Billionen Zustände unterbringen - also theoretisch.