Quantencomputer machen künftig den Unterschied

Dazu ein Beispiel aus der Hermes-Paket-Logistik: Wenn wir zehn Pakete auf einer Liefertour optimal zustellen möchten, müssen zehn Fakultät mögliche Routenvarianten berechnet und verglichen werden. Ein klassischer Computer führt dazu nacheinander über 3,6 Millionen Berechnungen durch, ein Quantencomputer benötigt nur einzige Berechnung für die optimale Route. Wir merken an diesem Beispiel, dass komplizierte Berechnungsaufgaben, die herkömmliche Rechner lange beschäftigen, mit Quantencomputern schnell und effektiv gelöst werden können.

Und auch ganz andere Anwendungen sind möglich. Eine wirklich überraschende Eigenschaft ist, dass man Qubits zur Teleportation verwenden kann. Man kann also Informationen unabhängig von der Entfernung übertragen, auch wenn sich das zweite Teilchen des Qubits sehr weit entfernt befindet. Gleichzeitig sind die Nachrichten automatisch verschlüsselt und es ist leicht erkennbar, wenn jemand unterwegs eine Nachricht mitgelesen hat. Eine Messung ohne Beeinflussung der Nachricht ist nämlich nicht möglich, und so wird jedes Mitlesen erkannt.

In der Medizin ergeben sich fantastische Möglichkeiten, etwa in der Krebstherapie. Ein großer Fortschritt wäre es, wenn abhängig von der genetischen Struktur des Patienten und der speziellen Variante der Krebszellen ein individuell maßgeschneiderter Wirkstoff gefunden und verabreicht werden könnte.

Heilungschancen verbessern

Doch es gibt ein Problem: Die Varianten von möglichen Molekülen, die als Wirkstoff in Frage kommen, sind zu zahlreich, als dass man sie im Labor sequenziell untersuchen könnte. Daher bedient man sich zur Zeitersparnis diverser Simulationen durch Computer. Das hilft beim Suchen, jedoch ist ein gutes Ergebnis nur mit sehr hoher Rechenleistung möglich. Der Quantencomputer kann die Heilungschancen des Patienten somit massiv erhöhen.

Quantencomputer sind indes nicht für alle mathematischen Berechnungsaufgaben besser geeignet als herkömmliche Computer. Der Vorteil hängt stark vom verwendeten Algorithmus ab, der bei der Aufgabenstellung zur Anwendung kommt. Während es Probleme gibt, die nur um maximal den Faktor Wurzel aus Zwei schneller gelöst werden können, erkennen wir bei der Travelling-Salesman-Aufgabe die massiven Vorteile der Quantencomputer.

Nicht alle Probleme sind lösbar

Dabei gilt dieses Problem als "NP-vollständig". Die Definition von als NP-vollständig zu klassifizierenden Problemen gilt ohnehin nur für deterministisch arbeitende Rechner. Quantencomputer können einige, aber nicht alle NP-Probleme lösen. Es ist übrigens ein Preis von einer Million Dollar ausgelobt für denjenigen, der streng mathematisch beweist, dass es einen effizienten Algorithmus gibt, der NP-Probleme in Polynominalzeit löst.