Quantencomputer – die Superrechner der Zukunft

Quantencomputer gelten als die Rechner der Zukunft – sie sollen um ein Vielfaches leistungsstärker sein als die uns geläufigen Computer.

Im Gegensatz zu Digitalrechnern arbeiten Quantencomputer nicht nach den Regeln der klassischen Physik oder Informatik. Sie funktionieren vielmehr nach den Gesetzen der Quantenmechanik. Diese beschreibt die Welt der kleinsten Teilchen wie Elektronen oder Photonen.

Seit Jahren arbeiten Forscher weltweit an der Entwicklung. Im baden-württembergischen Ehningen ist nun das gemeinsam von der Fraunhofer-Gesellschaft und dem IT-Unternehmen IBM betriebene System „IBM Quantum System One“ eingeweiht worden.

Quantenobjekte haben Eigenschaften von Teilchen und Wellen

Die Quantenwelt unterscheidet sich grundsätzlich von der uns vertrauten Alltagswelt. So besitzen Quantenobjekte die Eigenschaften sowohl von Teilchen als auch von Wellen.

Auch können Aufenthaltsort und Impuls eines Quantenobjekts nicht gleichzeitig exakt gemessen werden. Dies widerspricht völlig unseren Alltagserfahrungen: Bei einem fahrenden Auto beispielsweise kann schließlich dessen Geschwindigkeit ebenso genau bestimmt werden wie seine aktuelle und künftige Position.

In der Welt der kleinsten Dinge gilt im Gegensatz zu unserer Alltagswelt also nicht der Grundsatz „entweder oder“, sondern eher die Maxime „sowohl als auch“.

Auf die Computertechnologie übertragen bedeutet dies: Bei herkömmlichen Computern, die auf dem binären System basieren, nimmt ein Bit einen von zwei möglichen Zuständen an, die mit „null“ und „eins“ beschrieben werden.

In Quantencomputern dagegen werden Qubits verwendet, die dank des sogenannten Superpositionsprinzips nicht entweder „null“ oder „eins“ sind, sondern sowohl „null“ als auch „eins“ – und zwar gleichzeitig. Auch unendlich viele Zustände dazwischen sind möglich.

Dies wiederum führt dazu, dass Quantencomputer – auch wegen der Verschränkung einzelner Qubits miteinander – theoretisch bedeutend schneller arbeiten als Digitalrechner.

Die auf anwendungsorientierte Forschung spezialisierte Fraunhofer-Gesellschaft sieht das Quantencomputing als potenziellen „Game Changer“ mit Einsatzmöglichkeiten in zahlreichen Bereichen: etwa bei der Optimierung und Simulation, in der Logistik, Energiewirtschaft, Chemie, Medizin oder in der Produktionsplanung. (afp)