Quantencomputer: Die Superhirne der Zukunft
Klassische Computer stossen bei komplexen Berechnungen an ihre Leistungsgrenze. Quantencomputer dagegen eröffnen ganz neue Möglichkeiten der Berechnung.
Die Welt der Technologie ist in ständiger Bewegung und einer ihrer neueren Akteure, die Quanteninformatik, verspricht eine Revolution. Im Gegensatz zur traditionellen Rechenkraft setzt sie nämlich auf die Prinzipien der Quantenmechanik, um komplexe Probleme zu lösen.
Klassische Computer sind seit über einem halben Jahrhundert im Einsatz, aber ihre Fähigkeiten stossen bei bestimmten Aufgaben an Grenzen. Wenn ein Problem zu komplex wird – etwa durch viele miteinander interagierende Variablen –, kommen selbst Supercomputer ins Schwitzen.
Auf dem Vormarsch: Anwendungsbereiche für Quantentechnologie
Herausforderungen finden sich beispielsweise beim Modellieren des Verhaltens einzelner Atome in Molekülen oder bei der Identifizierung subtiler Betrugsmuster in Finanztransaktionen. Hier können Quantenalgorithmen mit ihren multidimensionalen Berechnungsräumen punkten; etwas, das klassische Computer nicht hinbekommen.
Von Mercedes-Benz bis hin zu ExxonMobil – viele Unternehmen haben schon längst damit angefangen, Möglichkeiten zur Integration von Quantenmethoden in ihre Arbeitsprozesse zu erkunden. Und das aus gutem Grund: Die Vorteile der Quantentechnologie könnten in vielen Bereichen einen echten Durchbruch bedeuten.
Denn – klassische Computer greifen auf einen Binärcode zurück. Unsere Realität ist aber viel komplexer und kann durch Quantenphysik besser abgebildet werden.
Wie ein Auto voller Kühlsysteme
Ein Quanten-Hardware-System gleicht eher einem PKW als einer traditionellen Recheneinheit. Der Grossteil des Systems besteht aus Kühlvorrichtungen, die dafür sorgen, dass der supraleitende Prozessor seine extrem niedrige Betriebstemperatur hält.
Die Quantenprozessoren müssen nahe dem absoluten Temperatur-Nullpunkt gehalten werden. Nur dann befinden sie sich auch im Quantenzustand.
Bestimmte Materialien zeigen bei dieser Kälte einen wichtigen sogenannten «quantenmechanischen» Effekt: Sie werden zu Supraleitern – ihr elektrischer Widerstand ist praktisch gleich null.
Qubits und Superposition
Noch mal zurück zu den Bits: In klassischen Computern kommen sie binär. Das heisst, entweder im Zustand 1 oder im Zustand 0.
Das Qubit hingegen kann gleichzeitig in Zustand 1 und 0 sein – oder in jeglichem denkbaren Zustand dazwischen. Und es hat eine weitere, ganz besondere Eigenschaft.
Ein Qubit kann die von ihm gespeicherte Quanteninformation in die sogenannte Superposition versetzen. Das ist die Kombination aller möglichen Konfigurationen der Qubits.
Mithilfe von Qubits-Gruppen in Superposition wiederum können komplexe mehrdimensionale Rechenräume erzeugt werden. So lassen sich komplexe Probleme neu darstellen und Bearbeitungsformen entdecken.
Interferenzen: Das Geheimnis der Quantenberechnung
Eine Berechnung auf einem Quantencomputer funktioniert durch die Vorbereitung einer Superposition aller möglichen Rechenzustände. Ein vom Benutzer vorbereiteter Quantenschaltkreis nutzt Interferenz selektiv auf den Komponenten der Superposition gemäss einem Algorithmus.
Viele der potenziellen Ergebnisse werden durch die Interferenz ausgelöscht, andere verstärkt. Die verstärkten Ergebnisse sind dann die Lösungen für die Berechnung.
