Quantum Simulations

Großrechner sind eine dritte Säule für die Naturwissenschaften, neben Theorie und Experiment. Denn mit ihnen lassen sich komplexe Systeme simulieren, etwa die Entwicklung des Weltklimas (siehe numerische Techniken). Bei der Simulation von komplexen Systemen stoßen sie jedoch schnell an Grenzen. Moleküle oder Festkörper lassen sich nur bis zu einer Größe von etwa 50 Atomen simulieren. Das liegt daran, dass die Wellenfunktion (siehe Quantenzustand) eines solchen Systems unzählig viele Komponenten simultan enthält, die ein klassischer Rechner jedoch nacheinander abarbeiten müsste. Als Ausweg kam in den 1980er Jahren die Idee auf, die zu simulierenden Systeme aus einzelnen Atomen modellhaft nachzubauen. Denn die Teilchen bringen den Quantenparallelismus natürlicherweise mit. Erste Quantensimulatoren gibt es in vielen Labors, manche Probleme haben sie auch schon schneller erledigt als Großrechner. Die Hoffnung ist, mit Hilfe weiter fortgeschrittener Quantensimulatoren innovative Materialien zu entwickeln, etwa Supraleiter, die Strom bei Raumtemperatur ohne Verluste leiten.