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Quantencomputer Die Gesetze der Quantenmechanik: Eine bizarre Materie

Quantencomputer sollen Anwendungen ermöglichen, bei denen die heutige IT an ihre Grenzen stößt. Die Technologie ist jedoch noch nicht fehlerfrei.
24.08.2020 - 03:45 Uhr Kommentieren
Was im Inneren eines Quantencomputers passiert, hat mit einem normalen PC wenig gemein. Quelle: Max Boenke
Quantencomputer von IBM

Was im Inneren eines Quantencomputers passiert, hat mit einem normalen PC wenig gemein.

(Foto: Max Boenke)

Düsseldorf Neue Medikamente entdecken, den Verkehr einer Metropole in Echtzeit steuern, Daten auf alle Zeiten sicher verschlüsseln: Quantencomputer sollen Anwendungen ermöglichen, bei denen die heutige IT trotz steter Verbesserungen an ihre Grenzen stößt.

Nach Jahrzehnten der Grundlagenforschung, so hoffen Forscher in Hochschulen und Unternehmen, kann die komplexe Technologie in einigen Jahren im Alltag von Wirtschaft und Wissenschaft zum Einsatz kommen.

Was im Inneren eines Quantencomputers passiert, hat mit einem normalen PC wenig gemein. Es kommen keine Transistoren zum Einsatz, die entweder ein- oder ausgeschaltet sind und somit die Welt in Nullen und Einsen einteilen, sondern die Gesetze der Quantenmechanik, die das Verhalten von Materie auf der atomaren Ebene beschreiben.

Für die meisten Menschen dürfte es sich um eine bizarre Materie handeln. „Niemand versteht die Quantentheorie“, meinte selbst der Physiker Richard Feynman, der maßgeblich zu ihrer Entwicklung beigetragen hatte.

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    Die wohl wichtigste Erkenntnis: Elementarteilchen können mehr als nur einen Zustand einnehmen, können gleichzeitig hier und dort sein – was jeder Intuition widerspricht. Dank dieser Überlagerung, so der Fachbegriff, kann die kleinste Informationseinheit eines Quantencomputers, Qubit genannt, irgendwo zwischen null und eins liegen, so als ob sie auf einer Kugeloberfläche einen beliebigen Punkt markiert.

    Beliebige Werte statt Nullen und Einsen: Qubits bieten eine höhere Informationsdichte. Und dank der Überlagerung ermöglichen sie es, mit mehreren Zahlen gleichzeitig zu rechnen – wodurch weniger Schritte nötig sind. Somit verspricht ein Quantencomputer mit weniger Aufwand mehr Leistung.

    Technologie noch fehleranfällig

    Bei der Verarbeitung großer Datenmengen könnte das zu einem Vorteil werden, etwa wenn es darum geht, Künstliche Intelligenz zu trainieren oder komplexe Modelle für Wetter, Verkehr oder Börse zu berechnen.

    Ein weiteres Mysterium, das sich Quantencomputer zunutze machen: Elementarteilchen können sich so verhalten, als wären sie von einer unsichtbaren Macht aneinandergekoppelt, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind. Diese Verschränkung nutzen Physiker bei der Konstruktion von Quantencomputern ebenfalls.

    Soweit die Theorie. Derzeit arbeiten Forscher an Universitäten, in Start-ups und Konzernen indes noch daran, diese zuverlässig in die Praxis umzusetzen – bislang ist die Technologie noch zu fehleranfällig.

    Es ist beispielsweise höchst komplex, die Position der kurzlebigen Quantenteilchen mithilfe von Laserstrahlen korrekt zu ermitteln. Zudem müssen die Algorithmen an diese besondere Art der Berechnung angepasst werden.

    Die Arbeit dafür läuft bei einigen Unternehmen bereits. Eigene Quantencomputer haben sie nicht – das wäre angesichts der aufwendigen Konstruktion, die die Technik vor äußeren Einflüssen wie Strahlung schützt, wohl zu teuer. Stattdessen greifen sie über die Cloud darauf zu, bei Dienstleistern wie IBM oder AWS.

    Mehr: Amazon greift mit neuem Cloudservice im Quantencomputer-Geschäft an

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