Quantencomputer sind die fortschrittlichste Form der Computertechnik. Sie haben das Potenzial, die Verarbeitung großer Datenmengen zu revolutionieren und komplexe Probleme zu lösen, die traditionelle Computer nicht lösen können.
Im Kern nutzt ein Quantencomputer die Prinzipien der Quantenmechanik - die Erkenntnisse darüber, wie sich Teilchen auf subatomarer Ebene verhalten -, um Zahlen zu berechnen und Aufgaben zu lösen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Computern, die binäre Bits (Einsen und Nullen) zur Speicherung und Berechnung von Daten verwenden, arbeiten Quantencomputer mit Quantenbits, die als "Qubits" bezeichnet werden.
Qubits unterscheiden sich von herkömmlichen Bits, weil sie mehrere Zustände gleichzeitig annehmen können. Dadurch können sie in der gleichen Zeit mehr Daten verarbeiten und speichern als ein herkömmlicher Computer. Ein einzelnes Qubit kann zum Beispiel zwei Zahlen gleichzeitig speichern, während zwei Qubits vier Zahlen und drei Qubits sechs Zahlen speichern können.
Um sich dieses Phänomen zunutze zu machen, nutzen Quantencomputer einen Prozess namens Quantenverschränkung. Dabei werden zwei Qubits miteinander verbunden und ihre Zustände verschränkt, so dass sie zusammenarbeiten und Berechnungen durchführen können. Dies bedeutet, dass ein Quantencomputer viel schneller arbeiten kann als ein herkömmlicher Computer.
Quantencomputer sind auch deshalb so leistungsfähig, weil sie Algorithmen berechnen können, für deren Lösung herkömmliche Computer viel länger brauchen würden. Quantencomputer sind beispielsweise hervorragend geeignet, um die in der Kryptografie verwendeten Codes mit dem Shor-Algorithmus zu knacken - eine mathematische Formel, für deren Lösung ein herkömmlicher Computer 2.000 CPU-Jahre benötigen würde.
Quantencomputer bieten daher ein immenses Potenzial für die Zukunft der Datenverarbeitung. Sie könnten die Datenverarbeitung revolutionieren und es uns ermöglichen, komplexe Probleme in einem Bruchteil der Zeit zu lösen.
Quantencomputer könnten für eine breite Palette von Anwendungen eingesetzt werden. Dazu gehört die Entwicklung neuer Programme für künstliche Intelligenz. Forscher sagen voraus, dass Quantencomputer zur Entwicklung neuer und leistungsfähigerer Algorithmen für das maschinelle Lernen eingesetzt werden könnten, die in der Lage sind, Millionen, wenn nicht Milliarden von Datenpunkten mit deutlich höherer Geschwindigkeit zu analysieren als die klassischen Computer.
Die pharmazeutische Forschung ist ein weiterer vielversprechender Entwicklungsbereich. Industriekonzerne geben oft zweistellige Millionenbeträge für die Suche nach neuen Medikamenten aus. Die sprunghafte Steigerung der Rechenleistung, die ein Quantencomputer bietet, würde es den Pharmaunternehmen ermöglichen, den Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung von Medikamenten erheblich zu verringern.
Quantencomputer könnten auch eingesetzt werden, um herkömmliche Verschlüsselungsstandards zu knacken. Daher haben internationale Normungsgremien wie das US National Institute of Standards and Technology neue Verschlüsselungsmethoden entwickelt, die der immensen Rechenleistung von Quantencomputern standhalten können.
Quantencomputer an sich gibt es zwar schon seit 1998, aber bisher haben sich die Forscher schwer getan, die Rechenleistung von mehr als einer Handvoll Qubits zu nutzen. Dies hat die Zahl der praktischen Anwendungen, für die sie derzeit eingesetzt werden können, begrenzt und bei einigen die Befürchtung geweckt, dass das Potenzial des Quantencomputers überbewertet wird.
In den letzten Jahren ist jedoch die Zahl der Qubits gestiegen - und damit auch die Zahl der ersten Nischenanwendungen für Quantencomputer. Dazu gehören die topologische Datenanalyse, die Finanzmodellierung und die Entwicklung neuer Beleuchtungsverfahren. Obwohl es nach wie vor unklar ist, ob und wann Quantencomputer gebaut werden, die in der Lage sind, neue Medikamente zu entdecken oder herkömmliche Verschlüsselungsmethoden zu knacken, verdeutlichen diese ersten Anwendungen das enorme, noch ungenutzte Potenzial dieser ungewöhnlichen und leistungsstarken Computer.
Stand: 19.02.2024