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Das Problem der Quantencomputer gelöst

14.03.2015

Forscher der Google Corporation haben zusammen mit Kollegen der University of California in Santa Barbara eine Lösung für eines der Probleme gefunden, die das Aufkommen von Quantencomputern verhindern, berichtet Wired.

In modernen Computersystemen werden alle einfachen Datenoperationen auf Fehler überprüft. Mit diesem Verfahren können Sie die Folgen äußerer Einflüsse auf das System vermeiden und sicherstellen, dass das Endergebnis korrekt ist.

Aber wenn es einfach ist, eine solche Überprüfung in einem modernen PC oder auf einem Server durchzuführen, ist dies in einem Quantensystem mit Standardmethoden unmöglich, da das Verfahren zum Messen eines Qubits (das kleinste Element zum Speichern von Informationen) seinen Zustand ändert und selbst wird einen Fehler verursachen.

Um den Zustand des Qubits während der Messung seines Zustands nicht zu verändern, fügten die Forscher dem Quantensystem weitere Qubits hinzu – vier für die fünf vorhandenen. Diese vier Qubits erfüllen nur eine Funktion – sie prüfen den Status anderer Informationsspeichereinheiten. Sie tun dies so, dass sich der Zustand der fünf wichtigsten Qubits nicht ändert.

Eine solche Lösung führt jedoch zu einer anderen Komplexität, sagte Daniel Gottesman, ein Experte für Quantenmechanik am Perimeter Institute for Theoretical Physics in Kanada. Er macht insbesondere darauf aufmerksam, dass die Überprüfung auf Fehler in einem Quantensystem eine erhebliche Menge an elektrischer Energie erfordern wird – zusätzlich zu den ohnehin beträchtlichen Mengen, die der Quantencomputer selbst verbraucht.

Quantenprozessor mit fünf Qubits und vier Qubits zur Fehlerprüfung
Ohne Verifizierung wäre ein Quantensystem jedoch bedeutungslos, sagen die Forscher. „Um einen praktischen Quantencomputer zu schaffen, muss man das Problem der zufälligen Änderung des Zustands von Qubits lösen, daran führt kein Weg vorbei“, sagte Austin Fowler, einer der Projektteilnehmer, ein Quantenelektronik-Ingenieur von Google.

Ein Quantencomputer basiere auf einem solchen Konzept in der Quantenmechanik wie Superposition, erklären die Wissenschaftler. Superposition ist ein Phänomen, bei dem sich ein physikalisches Objekt, wie ein Atom oder ein Elektron (das ein Quantencomputer zum Speichern von Informationen verwendet), aus Sicht der klassischen Mechanik gleichzeitig in mehreren alternativen Zuständen befindet Dieser Aspekt der Quantenmechanik wird in Zukunft millionenfach schneller arbeiten als heutige Computer.

Im September 2014 gab Google seine Absicht bekannt, Prozessoren für Quantensysteme unabhängig zu entwickeln, herzustellen und zu testen. Dazu lud das Unternehmen ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von John Martinez (John Martinis) von der University of California in Santa Barbara ein. Diese Gruppe entwickelte im April 2014 den einfachsten Prototyp eines Quantenprozessors, der fünf Qubits mit hoher Zuverlässigkeit betreiben kann. Die Leistung der Wissenschaftler wurde in der Fachpresse, einschließlich der populären Zeitschrift Nature, umfassend publiziert, und der Teamleiter erhielt den Fritz-London-Preis, der für herausragende Beiträge auf dem Gebiet der Tieftemperaturphysik verliehen wird.

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In Tasmanien fanden sie einen Pilz, der ein superstarkes Schmerzmittel produziert. Es kann im Gegensatz zu den derzeit verwendeten Opioiden als nicht süchtig machendes Schmerzmittel verwendet werden.

Biologen der University of Sydney unter der Leitung von Professor MacDonald Christie entdeckten vor 10 Jahren eine neue Unterart des Pilzes Penicillium, indem sie verschiedene Kolonien von Mikroben, Pilzen und kleinen wirbellosen Tieren in der Nähe eines der Jachthäfen untersuchten.

Die Unterart Penicillium ist ein entfernter Verwandter der Pilze, aus denen das erste Antibiotikum, Penicillin, gewonnen wurde. Wissenschaftler haben die gefundenen Pilze lange Zeit nicht untersucht.

Bei neuen Forschungen stellte sich heraus, dass die Unterart Penicillium drei Arten von kurzen Proteinmolekülen gleichzeitig produziert, die in ihrer Struktur den vom menschlichen Körper produzierten Endorphinen ähneln.

Die gefundenen Proteinmoleküle von Bilaida wirken anders auf Nervenzellen als andere bekannte pflanzliche oder synthetische Präparate. Die Verbindung mit Opioidrezeptoren auf der Oberfläche der Nerven blockiert sie nicht sehr lange und verursacht auch keine Abhängigkeit, da sich die Zellen nicht an die Wirkung von Bilaiden gewöhnen.

Durch die Modifikation von Bilaids gelang es den Wissenschaftlern, ihre Wirkung nur auf die Rezeptoren zu lenken, die für Schmerzen verantwortlich sind. Während eines Experiments an Mäusen fanden Biologen heraus, dass Bilaids Schmerzen ebenso wie Morphin blockierten, während sie keine für Opioide typischen Symptome wie Atemdepression oder Verdauungsprobleme verursachten.

Jetzt entwickeln Wissenschaftler neue Arten von Bilaiden, die oral verabreicht oder in den Körper injiziert werden können. Gleichzeitig wirken Bilaiden nur noch, wenn sie direkt ins Gehirn injiziert werden.

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