In diesem Artikel erklären wir, was die Eigenschaften des Quantencomputers sind, alle möglichen Anwendungen und wie er funktioniert. Erfahren Sie mehr.
Quantencomputer sind eine der interessantesten Innovationen der letzten Jahre: schnellere, effizientere und funktionellere Geräte, die die Kombination von Quantenphysik und Computertechnik nutzen, um sehr komplexe Probleme in kurzer Zeit zu lösen. Die Neugier auf diese supertechnologischen Geräte wächst insbesondere nach der Präsentation von Sycamore, dem Quantencomputer von Google, der in einem von Google koordinierten und von der NASA, dem Caltech (California Institute of Technology) und der Technischen Hochschule Aachen (Aachen, Deutschland) durchgeführten Experiment in etwas mehr als drei Minuten eine Aufgabe löste, für die ein herkömmlicher Computer rund 10.000 Jahre gebraucht hätte.
Bis heute entwickelt sich die Welt des Quantencomputings rasant, aber viele Aspekte, vor allem im Hinblick auf die möglichen Anwendungen, werden noch diskutiert und sind für den Laien schwer zu verstehen. Versuchen wir also zu verstehen, was ein Quantencomputer ist, wie er funktioniert und wie seine praktischen Anwendungen aussehen könnten.
Was ein Quantencomputer ist und wie er funktioniert
Der Quantencomputer ist ein Gerät mit einer Datenverarbeitungskapazität und einer Rechenleistung, die weit über die eines klassischen Computers hinausgeht: Bei letzterem begrenzen nämlich einige "physikalische" Aspekte, wie die verwendete Hardware-Architektur, die Komplexität der lösbaren Probleme.
Der Quantencomputer hingegen macht sich die Gesetze der Physik und der Quantenmechanik zunutze, indem er das "klassische" Bit, die kleinste Informationseinheit in einem herkömmlichen Prozessor, durch das Qubit (Quantenbit) ersetzt, subatomare Teilchen wie Photonen oder Elektronen, die viel mehr Informationen speichern können.
Während das digitale Bit eine binäre Einheit ist, die die Werte 0 und 1 annehmen kann, je nachdem, ob Strom fließt oder nicht, kann das Qubit beide Zustände gleichzeitig darstellen (sowohl 0 als auch 1), die sich auch gegenseitig beeinflussen können, selbst wenn sie nicht physisch miteinander verbunden sind; das Qubit ist also eine grundlegende Einheit, die dank der Überlagerung von Quantenzuständen gleichzeitig Berechnungen durchführen kann.
Die möglichen Anwendungen des Quantencomputers
Wie bereits erwähnt, ist der Quantencomputer in der Lage, durch paralleles Rechnen mehrere Lösungen für ein einziges Problem gleichzeitig zu verarbeiten; und auch wenn es stimmt, dass die meisten Möglichkeiten dieser Geräte noch entdeckt werden müssen, so ist es doch auch wahr, dass die Forscher auf diesem Gebiet versuchen, die interessantesten praktischen Aspekte zu identifizieren, um sie zu entwerfen und im wirklichen Leben umzusetzen.
Der Volkswagen-Konzern hat beispielsweise in Zusammenarbeit mit Google ein Pilotprojekt zur Echtzeit-Optimierung von Verkehrsströmen ins Leben gerufen, bei dem die Leistung der Quantencomputer von Google genutzt wird. Gleichzeitig könnte die Quanteninformatik in der Kryptografie (Cybersicherheit), der Wettervorhersage und der Entwicklung neuer Materialien praktische Anwendung finden.
Obwohl die Quanteninformatik schon viel erreicht hat, ist es noch viel zu früh, um sich alle möglichen Anwendungen von Quantencomputern vorzustellen; Sycamore selbst, der Quantencomputer von Google, löste ein mathematisches Problem von rein akademischem Interesse, ohne jegliche praktische Auswirkungen. Bleibt nur noch abzuwarten und die Forschungen und Arbeiten der Fachleute zu verfolgen, die Quantencomputer (früher oder später) in die Praxis umsetzen werden.
Quantencomputer Quby
Der kürzlich vorgestellte Quantencomputer Quby des Start-up-Unternehmens Active Cypher ist in der Lage, die für einen Brute-Force-Angriff benötigte Zeit zu verkürzen, selbst wenn kryptografische Algorithmen wie AES-256 verwendet werden. Quby (benannt nach dem Qubit) ist in der Lage, jede Art von verschlüsselten Zugangsdaten in Sekundenschnelle mit Hilfe offener Quantenalgorithmen zu knacken.
Mike Quinn, Chief Strategy Officer bei Active Cypher, sagte, dass "die Leistungsfähigkeit von Quby die inhärenten Schwachstellen der meisten IT-Sicherheitsinfrastrukturen offenlegt. '
Quantencomputer und künstliche Intelligenz
Quantencomputer können zwar sehr komplexe Aufgaben lösen, die weit über die Fähigkeiten herkömmlicher Supercomputer hinausgehen, aber Quantenzustände sind extrem empfindlich gegenüber Störungen durch die äußere Umgebung wie Vibrationen und Temperatur.
Um Quantencomputer vor diesem Problem zu schützen, wurde eine Reihe komplexer Fehlerkorrekturstrategien entwickelt, darunter eine besonders faszinierende von Florian Marquardt, Direktor des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts, und seinem Team, die ein Fehlerkorrektursystem vorstellten, das mit Hilfe von Techniken der künstlichen Intelligenz lernt.
Dieses System basiert auf den Fähigkeiten künstlicher neuronaler Netze, also Programmen, die das vernetzte Verhalten von Neuronen im menschlichen Gehirn nachahmen können, und der Möglichkeit, dass diese Netze bei ausreichendem Training eine grundlegende Aufgabe für die Zukunft von Quantencomputern erlernen können, nämlich die Quantenfehlerkorrektur, die andere Strategien zur Quantenfehlerkorrektur effektiv übertrifft.