Quantencomputer – die Rechner der Zukunft?

In den letzten 15 Jahren sind potenzielle Quantencomputer ein zunehmend diskutiertes Thema. Sie könnten die nächste große technologische Revolution auslösen – doch die Herstellung galt lang als „unmöglich“ aufgrund der Instabilität der Quanten, aus denen der Computer bestehen sollte. Seit diesem Jahr soll die kanadische Firma D-Wave Systems allerdings den Durchbruch geschafft haben und nicht nur den Quantencomputer hergestellt, sondern auch noch an Google und die NASA verkauft haben. Kritiker zweifeln jedoch an der Tauglichkeit des Geräts. Bleibt der Quantencomputer ein Laborexperiment oder wird er wirklich der „Rechner der Zukunft“?

Quantencomputer alte Festplatte

Ein Quantencomputer zur Erhöhung der Rechenleistung (c) pixelpart / pixelio.de

Definition: Quantencomputer

Das Grundprinzip eines Quantencomputers lautet: Probleme lösen, die klassisch nicht lösbar sind. Die Aussage hört sich zwar widersprüchlich an, ist aber realistisch. Konventionelle Computer, die mit Atomen arbeiten, welche entweder den Zustand Eins oder Null annehmen können, stehen im großen Unterschied zu den Quanten: QuBits, die Informationsträger der potenziellen Quantencomputer, können nicht nur zwischen den beiden Zuständen umschalten, sondern auch beide gleichzeitig annehmen. Die Rechenleistung erhöht sich dadurch exponentiell. QuBits seien allerdings sehr instabil und zerfallen zu schnell, als dass man Sie zur Lösung von komplexen Aufgaben heranziehen könnte.



Spezialanwendungen von Quantencomputern

Quantencomputer sollen einmal in der Lage sein, Probleme wie komplizierte chemische Prozesse und aufwendige Verschlüsselungen zu lösen, als auch die Entwicklung von Medikamenten sowie die Materialforschung enorm voranzubringen. Als „Rechenmaschine für Spezialanwendungen“ soll der Quantencomputer nicht mehr für Textverarbeitungen dienen, sondern mithilfe des Rechensystems die Suche von riesigen und ungeordneten Datenbanken schnell voranbringen, als auch große Zahlen, z. B. Nachrichtenschlüssel, schnell auf mathematischer Basis zu Faktorisieren. Der Quantencomputer soll also auch die Kryptographie revolutionieren: bisherige Kryptographiemethoden entschlüssen und neue, sicherere Verschlüsselungsmethoden erstellen. Mit wenigen QuBits sollen diese Aufgaben gemeistert werden, woran konventionelle Computer schon früh scheitern würden.


Nachteile von Quantencomputern

Doch ein Quantencomputer könnte laut Kritikern nicht nur Vorteile mit sich bringen: Auch Nachteile sind mit dieser innovativen Technologie vorprogrammiert. Sobald ein Quantencomputer in den Händen von Geheimdiensten wär, würde es mit der Zeit sehr gefährlich werden: Sämtliche verschlüsselten Daten könnte man mithilfe der Technologie in Sekundenschnelle dekodieren. Verschlüsselte Geheimnisse konventioneller Computer würden jederzeit aufgedeckt werden können.

1. Quantencomputer von D-Wave Systems?

Seit mehr als 15 Jahren versuchen etliche Forschergruppen einen Quantencomputer zu entwickeln, der spezielle Aufgaben schneller lösen könnte als kommerzielle Computer. Den angeblich ersten kommerziellen Quantencomputer der Welt soll das kanadische Unternehmen D-Wave Systems nun entwickelt und zudem für 10 Millionen US-Dollar an Google und die NASA verkauft haben.


Absichten von Google und NASA

Google und NASA haben zwei verschiedene Absichten, in welcher Hinsicht sie die Absicht haben, den Quantencomputer benutzen zu wollen: Google z. B. möchte mithilfe des neuen Geräts Algorithmen entwickeln, die aus einer großen Datenbank bestimmte markierte Dateien heraussuchen. Die NASA hingegen möchte mithilfe des Quantencomputers die Suche nach Exoplaneten auszuweiten.

Quantencomputer alte Platine

Mithilfe des Quantencomputers werden Dateien aus einer riesigen Datenbank schnell herausgefiltert (c) Rolf van Melis / pixelio.de

Zudem soll er generell zu komplexen Problemlösungen riesiger Datenmengen beitragen und den Durchbruch bei der Entwicklung von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen ermöglichen.

Der „Quantencomputer“ von D-Wave Systems

Die neueste Entwicklung von D-Wave Systems ist der angeblich 1. Quantencomputer der Welt. Er soll mit 512 QuBits arbeiten und sich damit tatsächlich um einen Quantencomputer handeln. Die QuBits sollen in Form von supraleitenden Drahtschleifen auf einen 3mm-großen Mikrochip gepresst sein. Mithilfe eines großen schwarzen Kastens schirmt er den -273&#176C kalten Chip von Umwelteinflüssen ab. Doch es gibt Kritiken zum zweifelhaften Quantencomputer: Ist er vielleicht nur ein anders verpackter klassischer Computer?



Pro

Laut dem Test einer amerikanischen Informatikerin wurde eine Optimierungsaufgabe 3.600-mal schneller gelöst als über eine konventionelle Optimierungssoftware auf einem herkömmlichen Computer. Auch nach einem Test, die „Wundermaschine“ mit einer Simulation eines Quantencomputers zu vergleichen, hat positive Ergebnisse geliefert: Die Ergebnisse stimmten gut überein.

Contra

Die Studie eines deutschen Physikers und Computerexperten hat stattdessen ergeben, dass ein 128-QuBit-Chip von D-Wave Systems 15-mal langsamer war als ein klassischer Computer.


Problem

Den inneren Zustand eines Quantencomputers zu untersuchen ist schlichtweg unmöglich: Sobald ein Beobachter die Prozesse verfolgt, nehmen die QuBits einen der beiden Zustände Eins oder Null an.

Ausblick

Die abschließende Frage lautet, ob es jemals wirklich einen Quantencomputer mit einer großen Anzahl von QuBits geben wird. Bis jetzt gibt es lediglich viele Theorien und erfolgsversprechende Ansätze, wobei sich allerdings durch Prototypen gezeigt hat, dass ein Quantencomputer im Prinzip realisierbar ist.
Die Forschung auf dem Gebiet ist aber trotz der bisherigen Misserfolge niemals sinnlos gewesen: Man erhält zunehmend tiefere Einblick in die Natur mit der praktischen Auseinandersetzung von Quanten. Desweiteren wird ein Quantencomputer niemals unsere PCs ersetzen, da dieser nur speziell für Anwendungen in der Wissenschaft und Forschung dienen soll.


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