Auch Quantencomputer können sich festfahren

Stand: 26.07.2026 10:50 Uhr Sie sollen Medikamente schneller entwickeln, Verkehrsströme optimieren oder neuartige Materialien simulieren: Quantencomputer gelten als eine der wichtigsten Zukunftstechnologien. Doch Forschende des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) warnen jetzt vor einem bislang wenig beachteten Problem. Unter bestimmten Bedingungen könnten sich Quantencomputer mit zunehmender Größe selbst ausbremsen – bis hin zum nahezu vollständigen Stillstand. von MDR WISSEN Das Team um den Theoretischen Physiker Gernot Schaller hat den Effekt in einer Studie im Fachjournal New Journal of Physics untersucht. Dabei geht es um sogenannte adiabatische Quantencomputer – eine besondere Bauart von Quantenrechnern. Anders als klassische Computer Klassische Computer arbeiten mit Bits, die entweder den Wert 0 oder 1 annehmen. Quantencomputer nutzen dagegen Qubits. Diese können dank quantenphysikalischer Eigenschaften gewissermaßen mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen. Dadurch lassen sich bestimmte Aufgaben deutlich effizienter bearbeiten als mit herkömmlichen Rechnern. Bei adiabatischen Quantencomputern wird ein Problem nicht Schritt für Schritt gelöst. Stattdessen wird es in eine Art Energielandschaft übersetzt. Das Quantensystem startet in einem einfachen Ausgangszustand und wird dann langsam verändert. Folgen die Qubits dieser Veränderung korrekt, landet das System am Ende automatisch im Zustand mit der gesuchten Lösung. "Diese Verfahren gelten als vergleichsweise robust und sind auf unterschiedlichen Quantencomputer-Plattformen einsetzbar", erklärt HZDR-Forscher Ralf Schützhold. Wenn die Umwelt ständig "hineinschaut" Allerdings haben Quantencomputer einen empfindlichen Gegner: ihre Umgebung. Schon elektromagnetische Strahlung oder minimale Wärmeeinflüsse können die fragilen Quantenzustände stören. Deshalb arbeiten viele Quantenrechner abgeschirmt und bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Ganz vermeiden lassen sich Störungen jedoch nicht. Genau hier setzt die neue Studie an. Die Forschenden zeigen theoretisch, dass mit wachsender Zahl von Qubits die Energieunterschiede zwischen wichtigen Rechenzuständen immer kleiner werden können. Dadurch reagiert das System zunehmend empfindlich auf äußere Einflüsse. Solche Störungen wirken laut den Forschenden wie ungewollte Messungen. Und genau das führt zum sogenannten Quantum-Zeno-Effekt. Der Quantum-Zeno-Effekt Der Effekt ist in der Quantenphysik seit Langem bekannt. Vereinfacht gesagt kann sich ein Quantensystem umso schlechter verändern, je häufiger sein Zustand überprüft wird. Die Forschenden vergleichen das mit einem Kuchen im Backofen: Wer ständig die Ofentür öffnet, um nachzusehen, ob der Kuchen fertig ist, stört den Backprozess. Der Kuchen geht nicht richtig auf oder fällt zusammen. Im Extremfall könnte eine Berechnung sogar vollständig einfrieren. Dr. Gernot Schaller, Leiter der Abteilung Quanteninformationstechnologie, HZDR-Institut für Theoretische Physik Ähnlich verhält es sich bei Quantencomputern. Jede Wechselwirkung mit der Umgebung wirkt wie ein kurzer Kontrollblick auf das System. Passiert das zu oft, kann die gewünschte Entwicklung des Quantenzustands ausgebremst werden. "Im Extremfall könnte eine Berechnung sogar vollständig einfrieren", sagt Physiker Schaller. Kein Todesurteil für Quantencomputer Die Ergebnisse bedeuten allerdings nicht, dass große Quantencomputer grundsätzlich unmöglich sind. Die Forschenden sehen mehrere Wege, das Problem zu entschärfen. Dazu gehören eine noch bessere Abschirmung gegen Umwelteinflüsse sowie spezielle Verfahren wie die sogenannte Spin-Echo-Methode. Dabei werden gezielte Impulse eingesetzt, um störende Wechselwirkungen teilweise auszugleichen. Nach Ansicht des Teams zeigt die Studie vor allem, dass Quantencomputer nicht nur mehr Qubits brauchen. Ebenso wichtig sei es, die Auswirkungen der Umgebung von Anfang an mitzudenken. Für die Entwicklung leistungsfähiger Quantenrechner könnte das eine entscheidende Erkenntnis sein. Denn selbst kleinste Störungen können in der Quantenwelt große Folgen haben. gp/hzdr