Im Kleinen ganz groß
Per Delsing war schon als Kind von den kleinsten Teilchen des Universums fasziniert. Heute leitet er ein Projekt zur Entwicklung eines extrem leistungsstarken Rechners, der auf einem winzigen Baustein basiert– dem Qubit. Das Ziel ist ein Quantencomputer, der schneller und leistungsfähiger ist als jeder andere auf der Welt.
Wenn alles wie geplant läuft, wird der leistungsstärkste Quantencomputer der Welt in ein paar Jahren an der Technischen Universität Chalmers im schwedischen Göteborg zur Verfügung stehen. Das Projekt, an dem rund 50 Forscher beteiligt sind, wird von Per Delsing geleitet. Er ist Professor für Experimentalphysik, Evolution sprach kürzlich in seinem Labor mit ihm.
„Ein Quantencomputer lässt sich am besten als ein großer Kühlschrank mit jeder Menge Mikrowellenausrüstung drum herum beschreiben“, erklärt Delsing. „Die kleinsten Bausteine sind Qubits, die sich auf einem Siliziumchip befinden. Genau wie bei einem gewöhnlichen Computer besteht die Information auch hier aus Einsen und Nullen. Der Unterschied ist, dass ein Qubit gleichzeitig eine Null und eine Eins sein kann. Dadurch lassen sich Berechnungen so unglaublich viel schneller durchführen.“
Per Delsing
Herkunft: geboren 1959 im nordschwedischen Umeå, aufgewachsen in Malmö, lebt heute in Göteborg
Familie: Ehefrau und vier erwachsene Töchter
Tätigkeit: Professor der Physik an der TU Chalmers und Repräsentant des Wallenberg Centre for Quantum Technology, das bei der Entwicklung des leistungsstärksten Quantencomputers der Welt eine führende Rolle spielt
Hobbys: wenn die Arbeit es gestattet, Skifahren, Tennisspielen und Reisen mit seiner Frau
Größte Stärke: Kreativität und die Freude an neuen Projekten
Spruch an der Wand seines Büros: „Es ist leichter, Elektronen, Photonen und Phononen zu steuern als vier Töchter großzuziehen.“
In Delsings Labor ist lediglich das rhythmische Geräusch der Kühlpumpen zu hören, mit denen die winzigen Qubits in einem 36-stündigen Prozess auf minus 273,14 Grad Celsius gekühlt werden – die niedrigste Temperatur im Universum liegt bei -273,15 Grad Celsius oder 0 Grad Kelvin.
Die Quantentechnologie hat durch Erfindungen wie den Laser und den Transistor die Grundlage für die IT-Revolution geschaffen. Forscher gehen davon aus, dass die Welt vor einer zweiten Quanten-Revolution steht – einer noch gewaltigeren Veränderung als der ersten.
„Hier geht es nicht um einen allmählichen Wandel, sondern um eine Art Paradigmenwechsel“, meint Delsing. „Den Weg geebnet hat die Tatsache, dass wir jetzt einzelne Quantensysteme wie Atome, Elektronen oder Photonen manipulieren und kontrollieren können.“
Delsings technisches Interesse erwachte früh und wurde von seinem Vater, einem Ingenieur, stark gefördert. Aber als der zwölfjährige Per von Supraleitern hörte und mehr darüber wissen wollte, musste sein Vater passen. „Das überraschte mich, weil mein Vater in der Regel alles wusste“, erinnert er sich. „Da musste ich eigene Nachforschungen anstellen. Ich war völlig fasziniert, als ich las, dass es möglich war, Strom ohne Wärmeerzeugung zu übertragen.“
Delsing machte sein Examen an der Universität Lund in Südschweden und studierte anschließend zwei Jahre an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich, der Universität, die auch Einstein besucht hatte. Seine Doktorandenausbildung absolvierte er an der Göteborger TU Chalmers. In dieser Stadt ist er nun schon seit 34 Jahren tätig; die meiste Zeit davon hat er bei Chalmers verbracht. Sein größtes berufliches Interesse galt und gilt den winzigen Teilchen.
„Man könnte sagen, dass ich damit begann, einzelne Elektronen in Stromkreisen zu manipulieren“, erzählt Delsing. „Dann ging ich dazu über, Lichtpartikel, auch Photonen genannt, zu manipulieren. Schließlich verlagerte ich mein Interesse auf Schallpartikel, so genannte Phononen.“
Man könnte sagen, dass ich damit begann, einzelne Elektronen in Stromkreisen zu manipulieren
Per Delsing, Physikprofessor an der Technischen Universität Chalmers in Göteborg
Als Forscher ist er bisher an zwei wirklich bahnbrechenden Entdeckungen beteiligt gewesen. Bei der ersten 2011 gelang es ihm und einigen Kollegen, den dynamischen Casimir-Effekt nachzuweisen, ein Phänomen, das schon 40 Jahre zuvor angenommen worden war, bis dahin aber als unmöglich zu beweisen galt.
„Ausgangspunkt ist, dass man Licht aus einem Vakuum erzeugen kann, wenn man einen Spiegel so schnell bewegt, dass er nahezu Lichtgeschwindigkeit hat“, erklärt Delsing. „Leider ist das in der Praxis schwer zu realisieren. Statt den Spiegel zu bewegen, modifizierten wir seine Eigenschaften so, dass es aussah, als ob er sich bewegt hatte, und wir konnten tatsächlich Licht aus einem Vakuum erzeugen!“
Bei der zweiten Entdeckung ging es um die Beschleunigung eines Atoms zur Abstrahlung von Schall. „Normalerweise sendet ein Atom Licht aus, wenn man es anregt – ihm Energie zuführt, so dass es ein höheres Energieniveau erreicht. Indem wir es jedoch auf einem Substrat platzierten, das sich unter Spannung zusammenzieht oder ausdehnt, brachten wir es dazu, Schall zu produzieren. Wir konnten also tatsächlich zum ersten Mal ein Atom hören!“
Delsing sieht nun gespannt den Ergebnissen seiner Arbeit am Quantencomputer entgegen. In zehn Jahren soll ein funktionierender 100-Qubit-Quantencomputer bereitstehen. Bis es soweit ist, werden mehrere kleinere Quantencomputer realisiert. „Der erste wird 10 bis 20 Qubits haben“, stellt Delsing fest. „Indem wir zunächst kleinere Einheiten bauen, können wir Probleme schrittweise lösen und die gewonnenen Erkenntnisse in die nächste Version einbringen.“
Heute liegen die stärksten Quantenrechner bei rund 20 Qubits. Die Entwicklung ist weitgehend geheim; deswegen ist unbekannt, ob ein noch leistungsfähigerer existiert. „Man könnte sie zum Knacken von Codes benutzen. Wenn jemand heimlich einen solchen Quantencomputer baute, könnte er damit vertrauliche Mitteilungen ausspionieren, Online-Transaktionen hacken und Geld stehlen“, fährt Delsing fort. „Deshalb ist es wirklich wichtig, dass die ‚Guten’ zuerst ans Ziel kommen.“
Wozu Chalmers‘ Quantencomputer genau verwendet werden soll, ist noch ungewiss. „Das herauszufinden, ist Teil unseres Projekts. Als der Laser entwickelt wurde, wusste auch keiner, wozu er gut war. Auch wir müssen die spannendsten Bereiche erst noch erforschen“, schließt Delsing.
