Physik am Freitag: Der Traum von einer »Quantenelektronik« – wird der Traum nach 50 Jahren endlich wahr?

Prof. Dr. Jörg Schulze, Universität Stuttgart, Institut für Halbleitertechnik

Seit der Entdeckung der Germanium-Tunneldiode 1957 durch Leo Esaki, für die er 1973 mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet wurde, ist die Idee einer »Quantenelektronik« in der Welt, und mit der Veröffentlichung seines Faktorisierungsverfahrens zur Ermittlung nichttrivialen Teiler einer zusammengesetzten Zahl brachte Peter Shor 1994 den Traum vom »Quantencomputer« in die Welt.

Betrachtet man aber die tatsächliche Entwicklung der (hauptsächlich Siliziumbasierten) Elektronik seit den 1960er Jahren, stößt man weniger auf »Quanten«, sondern primär auf das »Mooresche Gesetz« der exponentiellen Wachstumsraten einer doch sehr »klassischen« Halbleiterelektronik, welches 1965 durch Gordon E. Moore nach der Beobachtung aufgestellt wurde, dass sich im Zeitraum 1959 bis 1965 die Anzahl der Transistoren pro integriertem Chip jedes Jahr um den Fak- tor 4/3 zufällig erhöhte, was durch eine entsprechende Verkleinerung der geometrischen Abmessungen der Transistoren von Generation zu Generation gelang. Die Kurzform des »Gesetzes« besagt, dass »... gegenwärtig (1965) nichts erkennbar ist, was zu der Annahme führen müsste, dass sich an diesem Wachstum bzw. an dieser Skalierung in naher Zukunft etwas ändern wird.« Rückblickend – vom Jahre 2020 aus – lässt sich sagen, dass dieses »Gesetz« bis ca. 2005 seine Gültigkeit nahezu uneingeschränkt behielt, dass aber gegenwärtig (2020) sehr wohl physikalische Grenzen erreicht wurden, die dieses Wachstum nun stoppen werden.

Schlägt nun die Stunde der Quantenelektronik? Kommt nun der Quantencomputer? Und wie wird er aussehen?
Der Vortrag geht diesen Fragen nach und diskutiert, wie sich die Quantenelektronik im Schatten der »klassischen«, Moore- getriebenen Elektronik – von der breiten Öffentlichkeit eher unbemerkt – entwickelte, etablierte und wuchs, um dann zu fragen: Quo vadis, Quantenelektronik?