Sicherere Datenübertragung dank Qubits?

Die Rechenleistung von Computern lässt sich dank neuer Technologien laufend steigern – zum Beispiel mit immer kleineren Computerchips. Ein weiterer Entwicklungsschritt in der Miniaturisierung könnte Quanteneffekte technologisch zugänglich machen. Diese Effekte können zukünftig dazu beitragen gewisse Datenmanipulationen nachzuweisen und vorhandene Risiken zu minimieren.

Aufbau des Doppelspaltexperiments, mit dem die Dualität von Teilchen und Welle demonstriert werden kann.

Die kleinste Informationseinheit in einem Computer ist das Bit. Dieses wird in heutigen Computern durch Schaltkreise realisiert, deren Komponenten immer kleiner werden. Je weiter diese Miniaturisierung voranschreitet, desto wichtiger werden quantenphysikalische Effekte, das heisst, Phänomene, die über die klassische Physik hinausgehen.

Einer dieser Effekte ist die Dualität von Teilchen und Welle, die wir an der Scientifica in einem Experiment aufzeigen. Man erfährt, dass Photonen, die kleinsten Einheiten (Quanten) aus denen Licht besteht, sich bei Überlagerung sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten. Und dies obwohl Teilchen und Welle gänzlich gegensätzliche Konzepte sind, denn Teilchen sind örtlich festlegbar und folgen bestimmten Bahnen, Wellen hingegen sind nicht lokalisiert und können sich gegenseitig überlagern. Solche Überlagerungen – Interferenzen – werden in einem weiteren Experiment anhand von Wasserwellen veranschaulicht.

Die quantenphysikalischen Eigenschaften sind auch für die Quantenkryptographie interessant. Denn im Gegensatz zu herkömmlichen Bits können so genannte Qubits (Quantenbits), welche quantenmechanischen Gesetzen folgen, nicht nur die Zustände 1 oder 0 annehmen, sondern alle möglichen Zwischenzustände. Dies macht sich die Quantenkryptographie zunutze und ermöglicht es damit den Datenaustausch sicherer zu machen und heute vorhandenen Risiken zu verringern.

Der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) «QSIT – Quantenwissenschaften und -technologie» bewegt sich in einem Feld, das zwei zentrale Entdeckungen des 20. Jahrhunderts zusammenbringt: Quantenphysik und Informationstheorie. Der NFS QSIT verbindet in einem multidisziplinären Ansatz Konzepte aus Physik, Chemie sowie Ingenieur- und Computerwissenschaften. Im Netzwerk arbeiten Forschende aus zahlreichen Schweizer Hochschulen mit Grundlagenforschern der Industrie zusammen.

Beteiligte

ETH Zürich
Universität Basel
Universität Genf
IBM Zürich
EPF Lausanne
USI Lugano