Forschungsquartett | Was sind Quantencomputer?

Der Quanten-Durchbruch?

16.01.2018

Unser Computer wird irgendwann vom Quantencomputer abgelöst werden, so viel steht fest. Allerdings ist noch nicht gelöst, wann es soweit ist.

Der Quantencomputer rechnet deutlich flexibler als eine herkömmliche Maschine. Der Unterschied liegt dabei in seiner kleinsten Recheneinheit – dem Bit. Hat der „klassische Bit“ nur zwei Zustände, nämlich Eins und Null, kann der Quantenbit viele Zustände zwischen diesen beiden Zahlen einnehmen. Dabei ist es ungefähr wie beim Lichtschalter mit Dimm-Funktion. Während der normale Lichtschalter nur angeschaltet oder ausgeschaltet sein kann, ist der Schalter mit der Dimm-Funktion in der Lage, auch dazwischen zu agieren.

Super Computer

Diesen Zustand nennt man in der Quantendynamik „Superposition“. Während dieses Zustandes, kann ein Quantenbit viel leistungsfähiger rechnen, als wir es heute kennen. Außerdem kann er mit anderen Quantenbits zusammengeschalten werden. Dadurch entsteht ein Quantencomputer, der selbst komplexeste Berechnungen, wie Klimavorhersagen oder Geo-Berechnungen mühelos erarbeiten kann.

Allerdings ist das noch reine Theorie. Denn die Prototypen, die bisher auf dem Markt sind, können die „Superposition“ der Quantenbits nur Millisekunden aufrecht erhalten. Danach zerfällt das Quantensystem. Das liegt vor allem an den Schwachpunkten der Quanten. Sie müssen extrem gekühlt werden und dürfen auf keine Ablenkung treffen, wie zum Beispiel andere Quantensysteme. Sie perfekt voneinander zu isolieren, ist eine der größten Herausforderungen überhaupt.

Quantencomputer ist nicht gleich Quantencomputer

Hinzu kommt das Problem, der freien Programmierung. Zwar gibt es bereits Quantencomputer mit mehr als 2.000 Quantenbits, die sind aber nur für eine bestimmte Aufgabe programmiert. Im Prinzip wäre das so, als hätte man den schnellsten Computer der Welt Zuhause, der aber nur die Taschenrechner-App benutzen kann. Und da auch nur die Multiplikation.

Aus diesem Grund werden frei programmierbare Quantenbits erst mal simuliert. Das bedeutet, dass Wissenschaftler mithilfe von Supercomputern die Rechenleistung von frei programmierbaren Quantenbits nachstellen. Derzeit liegt der Rekord bei 49 dieser Quantenbits. Erreicht wurde das mithilfe eines Supercomputers in Deutschland.

Wie viel Speicher und Rechenleistung dafür notwendig gewesen ist und wozu diese Simulationen dienen, erklärt detektor.fm-Redakteur Merten Waage in einem Beitrag: