Skip to main content
main-content

13.12.2017 | Computertechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Sind Quantencomputer das nächste große Ding?

4 Min. Lesedauer

Autor: Robert Lembke

Quantencomputer bieten eine vervielfachte Rechenleistung im Vergleich zu herkömmlichen Rechnern. Das schafft in Zukunft unter anderem die Voraussetzung für die Entwicklung Künstlicher Intelligenz auf ungeahntem Niveau.

Selbst wer wenig über Computer weiß, kennt die Rede von Nullen und Einsen sowie die Informationseinheit "Bit", die einen von zwei Zuständen beschreibt: Entweder es fließt Strom (eins) oder es fließt eben keiner (null). Bis heute beruht der exponentielle Anstieg der verfügbaren Rechenleistung von Computern auf der binären Codierung in Bits (und Bytes). Das könnte sich jedoch bald ändern.

Empfehlung der Redaktion

2015 | Buch

Quantum Computing verstehen

Grundlagen - Anwendungen - Perspektiven

Anschaulich und auf Beispiele gestützt führt dieses Buch in die Grundlagen des Quantum Computing ein. Alle wesentlichen Ergebnisse werden detailliert und intuitiv dargestellt. Der Leser erfährt, was er von dieser Technologie erwarten kann und wo i


Viele der großen Technologiefirmen wie Google, IBM oder Microsoft, aber auch die Nasa entwickeln derzeit Quantencomputer. Anders als herkömmliche Rechner basieren sie auf so genannten Qubits (kurz für Quantenbit), die zwar ebenfalls Zustände binär codieren, dabei aber nicht auf lediglich zwei Möglichkeiten (null und eins) festgelegt sind, sondern beliebige Überlagerungen zulassen. Die Nutzung der damit prinzipiell einhergehenden vervielfachten Rechenleistung pro (Qu-)Bit wird jedoch durch so genannte Dekohärenzeffekte erschwert: Mit zunehmender Komplexität entstehen immer mehr Rechenfehler. Diese zu korrigieren ist eine der großen Herausforderungen in der Quanteninformatik, die quasi noch in den Kinderschuhen steckt. 

Stauvermeidung, neue Werkstoffe und Künstliche Intelligenz

Wie Springer-Autor Mathias Homeister in der Einleitung seines Grundlagenwerks "Quantum Computing vestehen" betont, sind Quantencomputer jedoch kein Allheilmittel – selbst wenn es mittelfristig gelingt, die komplizierten Probleme hinsichtlich Architektur, Skalierbarkeit und Dekohärenz zu lösen: "Quantenrechner sind für sehr spezielle Aufgaben geeignet. Man könnte sich vorstellen, dass klassische Rechner die Benutzeroberflächen zur Verfügung stellen werden und weiterhin all das tun, was sie gut können. Nur wenn eine Aufgabe zu erledigen ist, an der sie selbst scheitern würden, greifen sie auf einen Quantenrechner zurück." (Seite 5)

Wie sehen solche Aufgaben aus, für die herkömmliche Computer nicht mächtig genug sind? Erst kürzlich hat Volkswagen bekanntgegeben, den Quantencomputer von Google zu nutzen, um in drei Bereichen Forschungen anzustellen: zur Vermeidung von Staus, bei der Entwicklung neuer Materialstrukturen und Werkstoffe sowie im Bereich maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz. Auch im Bereich Hardware scheint die Entwicklung wieder einmal schneller voranzuschreiten, als es anfangs aussah: IBM hat 2017 angekündigt, den ersten kommerziell nutzbaren Quantencomputer zu entwickeln. Dabei soll IBM Q die bereits verfügbare 20-Qubit- mit einer 50-Qubit-Architektur übertreffen und Kunden die neue Rechenpower über die Cloud zur Verfügung stellen.

In die Breite ist gerade außerdem Microsoft vorgestoßen, als der Softwareriese diese Woche sein Quantum Development Kit mit einer neuen Quantenrechner-Programiersprache, "Q#" vorgestellt hat. Auch in Richmond wird an der Entwicklung eines Quantencomputers geforscht und gearbeitet.

Sichere Verschlüsselung und Teleportation von Information

Geht es um die zukünftige Nutzung der Quantencomputer, warnen Experten jedoch vor überzogenen Erwartungen. Die Technologie stecke noch in den Kinderschuhen und müsse erst entscheidende Hürden überwinden, um breit einsetzbar und etwa auch für den Privatnutzer interessant zu werden. So geht etwa Rainer Blatt vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Innsbruck davon aus, dass ein Hauptanwendungsgebiet der Quantenrechner die Signalübertragung sein wird. Ähnlich wie zuzeiten ein Koprozessor könnte die Quantentechnologie künftig in PCs für die sichere Übertragung von Informationen sorgen.

Die Eignung für die Informationsübertragung resultiert aus einer Eigenschaft der Qubits, die selbst einen der Größten seiner Zunft befremdete – die so genannte Verschränkung. "Zwei verschränkte Quantenbits können sich nämlich auf eine eigentümliche Weise beeinflussen, auch wenn Sie sich an weit entfernten Orten befinden", erklärt Homeister in seinem Buch. "Verändert man nun das erste Bit, kann gleichzeitig das zweite Bit beeinflusst werden. Albert Einstein nannte dieses Phänomen ‘spukhafte Fernwirkung‘ und mochte diese Konsequenz der Quantenmechanik nicht hinnehmen. Mittlerweile wurde es experimentell bestätigt, und Verschränkung zu nutzen ist im Quantum Computing fast schon Routine", schreibt Homeister weiter.  

Wirklich spannend ist jedoch, dass die Verschränkung auch auf weite Entfernungen möglich ist, man spricht dann von Teleportation. Homeister erklärt in seinem Buch genauer, auf welchen physikalischen Prinzipien sie beruht und wie sie sich zukünftig nutzen lässt. Was wie Science Fiction klingt, ist gerade dabei, in die Wirklichkeit umgesetzt zu werden. Der aktuelle Rekord für diese Teleportation steht bei 97 Kilometern, jedoch meint Homeister: "Es spricht nichts dagegen, dass mit der verwendeten Technik demnächst noch größere Distanzen überbrückt werden können, etwa zwischen der Erdoberfläche und einem Satelliten."

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2015 | Buch

Quantum Computing verstehen

Grundlagen - Anwendungen - Perspektiven

2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

Introducing Quantum Computing

Quelle:
Adventures in Computer Science

Das könnte Sie auch interessieren

Premium Partner

    Bildnachweise