Spielend auf dem Weg zum Quantencomputer

Deutlich komplexere Berechnungen in einem Bruchteil der Zeit: Die theoretische Leistungsfähigkeit der Quantencomputer stellt herkömmliche PCs in den Schatten. Momentan sind sie zwar erst ein Versprechen für die Zukunft, bereiten jedoch bereits jetzt Kryptographen grosses Kopfzerbrechen. Mithilfe der Quantencomputer können derzeit als sicher geltende Verschlüsselungssysteme vermutlich in kurzer Zeit geknackt werden.

Qubits statt Bits
Neue Verschlüsselungsmethoden müssen daher den Gesetzen der Quantenmechanik folgen. Im Gegensatz zu binären Bits, welche Informationen in 0-1-Ketten speichern, sind die Informationseinheiten des Quantencomputers komplexer: Durch die quantenmechanische Überlagerung ist das sogenannte Qubit nicht entweder 0 oder 1, sondern kann beide Zustände gleichzeitig annehmen. Diese Zustände können sich zudem gegenseitig beeinflussen.

Ein Qubit ist jedoch fehleranfällig und noch dazu fragil. Betrachtet man es, geht die quantenmechanische Überlagerung und damit die Information verloren. Daher müssen Qubits entschlüsselt werden ohne «hinzusehen».

Dies ist die Ausgangslage für die Forschung von Dr. James Wootton, der sich als Postdoc an der Universität Basel mit Quantentheorie beschäftigt. Wootton sucht einen Algorithmus, mit welchem man Fehler in Qubits korrigieren kann, ohne Informationen zu verlieren. Dabei schlägt er einen ungewöhnlichen Weg ein: Er hofft auf die Mithilfe aller, die an der Haltestelle ihr Smartphone zücken, um sich die Zeit bis zum nächsten Bus zu vertreiben.

Decoding + Sudoku = Decodoku
Wootton hat seine Forschung in ein Spiel übertragen: Decodoku erinnert nicht nur dem Namen nach an Sudoku. Man muss tüfteln und knobeln, um einen neuen Highscore zu erreichen. Ganz nebenbei erweist man damit der Wissenschaft einen Dienst. Denn innovative Lösungswege sollen Wootton Anhaltspunkte liefern, wie ein Algorithmus zur Quantenfehlerkorrektur konzipiert sein müsste. «Für Computer sind die im Spiel integrierten Fragestellungen nur sehr schwer lösbar – Menschen tun sich hingegen deutlich leichter. Wir fragen uns, warum das so ist, und welche Rückschlüsse man daraus ziehen kann», erklärt Wootton die Idee hinter dem Spiel.