Die faszinierende Welt der Quanten

vielleicht doch einen effizienten, in Polynomialzeit einzusetzenden Algorithmus für NP-Probleme geben könnte, dass also P nicht gleich NP ist. Es ist aber sehr wahrscheinlich, dass der Unterschied besteht – ließe sich das Gegenteil beweisen, wären alle NP-Probleme auch für klassische Computer zugänglich.
    Wer bis hier gut aufgepasst hat, wird bemerken, dass es noch mindestens eine weitere Problemklasse geben müsste. Dazu gehören zum Beispiel vollständige Lösungen der Spiele Schach und GO. Beide ordnet man in die Klasse PSPACE ein: Sie enthält Probleme, zu deren Lösung man eine polynomial wachsende Speichermenge und exponentiell wachsende Rechenzeit benötigt. Aufgaben aus dem PSPACE sind klassischen Computern nicht zugänglich. Bei Quanten-Computern ist man sich da nicht sicher. Bisher ist aber kein dazu fähiger Algorithmus bekannt.

    Bild 31: Komplexitätsstufen mathematischer Probleme und die Fähigkeiten des Quanten-Computers (rotes Rechteck)
    Könnte es einen Computertyp geben, der dem Quanten-Computer überlegen ist? Dazu bräuchte man neue physikalische Prinzipien, von denen heute noch nichts bekannt ist. Das heißt nicht, dass es sie nicht gibt – noch fehlt die „Theorie von Allem“, die Quantenphysik und Relativitätstheorie vereint.
    Forscher schlagen zum Beispiel vor, den Computer auf eine Zeitreise zu schicken. Das Prinzip: Man schickt den Computer einfach so lange und so oft in die Vergangenheit, bis das Problem zum heutigen Zeitpunkt gelöst ist. Das aus den „Terminator“-Filmen bekannte Großvater-Paradoxon (ein Ereignis in der Vergangenheit verändert die Zukunft) würde ein Phänomen vermeiden, das die Theoretiker „geschlossene zeitartige Kurven“ (CTC) nennen. Damit arbeitende Computer könnten sogar Probleme der Klasse PSPACE effizient lösen.
    Das einzige Problem dabei: Wir wissen nicht, ob CTCs überhaupt existieren... An dieser Stelle zeigt sich übrigens eine interessante Verbindung von Informationstheorie und theoretischer Physik: Gelänge es den Mathematikern zu zeigen, dass sich NP-Probleme nicht auf die Klasse P reduzieren lassen, würden sie damit auch beweisen, dass Zeitreisen selbst auf geschlossenen Kurven unmöglich sind.

Quanten-Teleportation
    Teleportation – das klingt nach Science Fiction, Raumschiff Enterprise, „ Beamen “, und ist doch bereits in den Labors der Physiker Wirklichkeit. Quanten-Teleportation sieht aber anders aus, als es sich die Startrek-Erfinder vorgestellt haben.
    „Scotty, Energie!“ Wenn dieses Kommando ertönt, betätigt Lt. Commander Montgommery Scott einen Hebel. Es folgt ein typisches Geräusch, und kurze Zeit später verschwinden drei Menschen auf magisch scheinende Weise. Der aufmerksame Zuschauer ahnt es schon: Am Ende der jeweiligen TV-Episode von „Raumschiff Enterprise“ werden wohl nur zwei Schauspieler auf umgekehrte Weise wieder erscheinen, denn ein Crew-Mitglied fällt auf irgendeine spannende Weise dem fremden Planeten zum Opfer.
    Wir wissen natürlich, dass nichts am „Beamen“ in Star Trek echt ist: Den Transporter-Sound hat Alexander Courage komponiert. Das Pad, auf dem die Transportobjekte stehen, ist aus drei großen Linsen zusammengebaut. Der Dematerialisierungs-Effekt wurde nachträglich hinzugefügt: Gar keine leichte Aufgabe mit der damaligen Technik, deshalb mussten die Personen zu Beginn und zum Schluss der Szene auf jeden Fall völlig still stehen. Das metallische Schimmern haben die Effektemacher erzeugt, indem sie Aluminiumstaub in einen hellen Lichtstrahl fallen ließen und dabei filmten.
Verboten oder erlaubt?
    Doch wäre ein Vorgang wie das Beamen physikalisch möglich? So, wie es in der Fernsehserie und im Kino praktiziert wurde, ganz sicher nicht. Das Problem der Star-Trek-Technik: Die gebeamten Personen erscheinen am Ziel wie aus dem Nichts. Masse kann aber weder aus dem Nichts erschaffen werden (das folgende Kapitel behauptet zwar das Gegenteil, aber das gilt nur für winzigste Dimensionen, nicht für Captain Kirk & Kollegen), noch lässt sie sich mit Lichtgeschwindigkeit transportieren.

    Bild 32: Die Raumschiff-Enterprise-Crew (aus Star Trek: New Generation) beamt an ihren Einsatzort
    Wäre eine Gegenstation ein Ausweg? Wenn am Ziel das benötigte Material vorhanden ist, könnte man die gebeamten Objekte daraus vielleicht rekonstruieren. Die Individualität eines Menschen steckt nicht in den Atomen, aus denen er besteht: Entnimmt man Ihnen zum Beispiel ein beliebiges Kohlenstoff-Atom,