Nutzen für Unternehmen
Quantencomputer machen künftig den Unterschied
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Nachdem es länger ruhig um die Entwicklung von Quantencomputern gewesen ist, vergeht bald keine Woche mehr, in der nicht irgendein Forscherteam neue Errungenschaften, spektakuläre Berechnungserfolge oder dienstbare Helfer zur Nutzung dieser Technologie veröffentlicht.
In einem "Nature"-Artikel wurde Ende Oktober 2019 von der sogenannten Quantum Supremacy (Quantenüberlegenheit) berichtet. Der vom Google-Konzern entwickelte Quantenprozessor Sycamore habe mit seinen 53 Qubits ein mathematisches Problem in 200 Sekunden gelöst, das einen herkömmlichen High-End-Computer 10.000 Jahre beschäftigt hätte, berichtete das Fachmagazin. In der wissenschaftlichen Diskussion hat sich der Vorteil des Quantencomputers inzwischen auf das Verhältnis von 200 Sekunden zu 2,5 Tagen reduziert. Genau dieses Beispiel macht die Potenziale der neuen Technik deutlich.
Unsere klassischen Rechner arbeiten mit Bits, die entweder den Zustand "0" oder "1" annehmen können. Ein Quantenbit kann nicht nur beide Werte gleichzeitig annehmen, sondern auch jeden anderen Wert dazwischen. Das nennt man Superposition.
Ein weiterer quantenmechanischer Effekt ist die Verschränkung. Verschränkte Elementarteilchen erhält man zum Beispiel, wenn man ein energiereiches Lichtteilchen, also ein Photon, auf ein spezielles doppelbrechendes Kristall schießt. Es entstehen dann zwei Photonen mit halber Energie, die miteinander verschränkt sind. Das eine Photon hat die Polarisation vertikal, das andere die Polarisation horizontal. Messen wir die Polarisation des einen Teilchens, kennen wir auch augenblicklich die Polarisation des anderen.
Manipulieren wir eines dieser verschränkten Teilchen, so geschieht die Manipulation zeitgleich auch beim zweiten, egal, wie weit es vom ersten entfernt ist. Mit den beiden verschränkten Photonen haben wir ein Quantenbit, ein sogenanntes Qubit geschaffen.
Albert Einstein wollte an die Superposition und die Verschränkung nicht glauben und forschte an Gegenbeweisen. Er sagte: "Gott würfelt nicht!" Und nichts könne schneller als mit Lichtgeschwindigkeit passieren. Offenbar hat der liebe Gott Freude am Würfeln; die Verschränkung und die Superposition haben sich bestätigt und bilden die Grundlage für die Qubits und damit für einen Quantencomputer.
Vorteile bei großen Zahlen
Der Vorteil des Quantencomputers kommt bei großen Zahlen zum Tragen. Ein klassischer Computer mit n Bits kann 2 hoch n Zahlen darstellen, aber zu jedem Zeitpunkt nur eine davon speichern. Also bei 2 hoch 8 genau 255 Zahlen und die Null. Ein Quantencomputer kann 2 hoch n Zahlen gleichzeitig darstellen. Ebenso kann er in nur einem Schritt mit allen möglichen Eingaben gleichzeitig rechnen. Als Resultat erhalten wir eine Superposition aller Ergebnisse.
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