Die revolutionäre Technologie der Quantencomputer

Was lange Zeit nach einer Erfindung für Science-Fiction Filme klang, wird gerade Wirklichkeit: Wissenschaftler in aller Welt arbeiten mit Hochdruck daran, erste Prototypen von Quantencomputern zu verbessern und markttauglich zu machen. Viele Experten bezeichnen Quantencomputing als die Technologie des 21. Jahrhunderts. Sicher ist: Quantencomputer werden viele Bereiche für immer verändern und das Leben der Menschen ebenso von Grund auf umkrempeln wie die Entwicklung digitaler Technologien oder des Internets.

Die revolutionäre Technologie der Quantencomputer

Das Computer mit ihrer dem Menschen um Längen überlegenen Rechenleistung heute nicht mehr wegzudenken sind, liegt auf der Hand. Sie führen komplizierte Rechenoperationen um ein Vielfaches schneller und gleichzeitig zuverlässiger aus. Mit der richtigen Programmierung sind sie mittlerweile auch in der Lage, komplexe Aufgaben zu erlernen. Diese Art von künstlicher Intelligenz kommt vor allem bei der Mustererkennung und Optimierung von Aufgaben zum Einsatz.

Quantencomputing ist deshalb so revolutionär, weil es die Rechenleistung von Computern exponentiell steigert. Heutige Prozessoren beruhen im Grunde immer noch auf der gleichen Technik wie die ersten Computer vor etwa 100 Jahren: Im Inneren arbeiten sogenannte Bits, die zwei Schaltzustände kennen, 0 und 1. Beruhend auf dieser, im Grunde genommen simplen, Technologie führen die Rechner mathematische Operationen gemäß der gerade aktiven Software aus. Die ständige Weiterentwicklung moderner Computer und deren Rechenleistung stützte sich in den vergangenen Jahrzehnten vor allem darauf, mehr Transistoren in Reihe zu schalten und bessere Programmierungstechniken zu entwickeln.

Quantencomputing verfolgt hingegen einen ganz anderen Ansatz. Hier verändern Wissenschaftler die den Computern zugrundeliegende Infrastruktur der Bits. Die sogenannten Quantenbits (Qubits) sind winzig klein: Sie bestehen aus einzelnen Ionen, Elektronen oder Photonen. Daher gelten für Sie die etwas anderen Regeln der Quantenmechanik. Sie können nicht nur die Zustände 0 und 1, sondern auch alle Bereiche dazwischen annehmen. Gleichzeitig kommunizieren die Qubits untereinander. Dadurch können Sie nicht nur einen, sondern mehrere Rechenwege gleichzeitig verfolgen. Komplexe mathematische Probleme, die für herkömmliche Computer fast unlösbar sind, weil sie Millionen Jahre an Rechenzeit benötigen würden, können von Quantencomputern in wenigen Minuten aufgelöst werden.   

Die Theorie des Quantencomputing geht zurück auf Paul Benioff, der 1980 erstmals vorschlug, Quantenmechanik in Computern zu nutzen. In den 90er Jahren konnten Wissenschaftler bereits erste Qubits herstellen. Derzeitig führend in Sachen des ersten nutzbaren Quantencomputers sind IBM und Google. Beide verfügen Stand Anfang 2021 über Systeme mit etwa 50 Qubits. Für die kommerzielle Nutzung wären laut Google etwa eine Million Qubits nötig.

Mehrere Wissenschaftler behaupten außerdem, mit ihren Systemen bereits für normale Computer unlösbare Aufgaben gemeistert zu haben. Diesbezüglich herrscht aber noch kein Konsens. Es gibt außerdem noch große Probleme bezüglich der Stabilität und Genauigkeit, mit der die Quantenprozessoren arbeiten.

IBM bietet online Zugriff auf den Quantencomputern in ihrem Labor an. Dadurch können Wissenschaftler und Programmierer aus aller Welt bereits mit dieser Art von System experimentieren. Gleichzeitig zur Forschung an Quantencomputern läuft auch die Entwicklung von mit der speziellen Rechenart der Prozessoren kompatiblen Software. Diese entsteht hauptsächlich auf klassischen Rechnern, die die Arbeitsweise eines Quantencomputers simulieren. Somit werden passende Anwendungen, sobald Quantenprozessoren marktreif sind, auch nicht lange auf sich warten lassen.