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Quantencomputer

Was ist ein Quantencomputer?

Ein Quantencomputer ist ein Prozessor, der nach den Gesetzen der Quantenmechanik funktioniert. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Computer arbeitet ein Quantencomputer nicht auf Basis von elektrischen Zuständen, sondern auf Basis von quantenmechanischen Zuständen. Wichtig ist bei der Quantenmechanik das Superpositionsprinzip und die Quantenverschränkung. Es gibt bereits theoretische Studien, die zeigen, dass unter Ausnutzung von quantenmechanischen Effekten gewisse Probleme der Informatik wesentlich effizienter gelöst werden können als es vergleichsweise mit einem klassischen Computer der Fall ist. So kann besonders effizient die Suche in wirklich extrem großen Datenbanken funktionieren und auch die Faktorisierung von großen Zahlen kann schneller erfolgen. Damit ist es möglich, die Berechnungszeit vieler mathematischer und physikalischer Problemstellungen ganz deutlich zu verringern. Bislang ist der Quantencomputer allerdings ein vorwiegend theoretisches Konzept und es gab verschiedene Vorschläge zur Realisierung. Allerdings wurden bereits in kleinem Maßstab Quantencomputer im Labor erprobt. Diese hatten erst einmal nur wenige Qubits. Ein bislang größter Erfolg liegt bei 65 Qubits für den Prozessor, der als Rekord im August 2020 aufgestellt wurde. Nicht nur die Anzahl der Qubits ist entscheidend für den Erfolg, auch eine geringe Fehlerquote für das Rechnen und Auslesen ist wichtig und die Zeit, wie lange Qubits fehlerfrei aufrechterhalten bleiben können.

Wo können Quantencomputer eingesetzt werden?

Im Prinzip können Quantencomputer alle Berechnungen herkömmlicher Computer übernehmen, jedoch gibt es besondere Stärken, bei denen klassische Supercomputer aufgrund der Komplexität besondere Schwierigkeiten haben. So gelingen den Quantencomputern vor allem Optimierungsaufgaben in Finanzwirtschaft und Logistik und bei Simulationen von neuen chemischen Stoffen für weitergehende Biotechnologie und die Entwicklung von Medikamenten und bei der Entwicklung von neuartigen Akkumulatoren. Auch in der Kryptographie können Quantencomputer hilfreich eingesetzt werden. Ebenfalls von Vorteil ist solch ein Quanten-Rechner bei der energetischen Optimierung.

Auch bei einem VW Navigationssystemen kann ein Misch-Computer aus Quanten-Rechner und konventionellem Computer hilfreich eingesetzt werden. Solch einen Quantencomputer soll es bereits mit 2048 Qubits geben.

Welche Schwierigkeiten gibt es bei Quantencomputern?

Quantencomputer müssen aufwendig gekühlt werden, damit sie richtig funktionieren und sind deshalb für absehbare Zeit nicht für den Consumer-Markt erhältlich. Die Forschung wird aber bereits mittelfristig von solchen Rechnersystemen profitieren können. So gibt es zahlreiche Simulationen, die mithilfe von Quantenrechnern gemacht werden können.

Wie teuer ist Quanten-Computing?

Das besondere Aushängeschild des Technologiestandortes Deutschlands ist der erste Quantencomputer. Dieser kostet 11.621 € Monatsmiete. Der Rechner weist insgesamt 27 Qubits auf und ist stabil genug für einen industriellen Betrieb. IBM plant bis 2023 einen Quantenrechner mit mehr als 1.000 Qubits.

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