Quantencomputer

Quantencomputer sind Computer, deren Grundfunktion stark von der Transistortechnologie herkömmlicher Computer abweicht (siehe dazu die Links im Anhang). Der größte Vorteil ist dabei, dass die Rechenleistung sich mit jedem weiteren Qubit verdoppelt, wohingegen die Rechenleistung von transistorbasierten Computern ungefähr proportional zu ihrer Anzahl Transistoren ist. Quantencomputer skalieren also extrem stark ihre Rechenleistung hoch. 

In beiden Fällen gibt es jedoch viele weitere Einflussgrößen zur Rechenleistung, und im Fall der Quantencomputer ist dies die Qualität. Vereinfacht ausgedrückt ist die Herausforderung bei Quantencomputern nicht, Qubits hinzuzufügen, sondern dies zu tun, ohne dass zu viele Fehler und Ungenauigkeiten das Rechenergebnis in ein nutzloses Rauschen verwandeln.

Quantencomputer von IBM (Quelle IBM Research)

Quantencomputer werden in zwei Anwendungskategorien unterteilt. Es gibt sogenannte Quantenannealer, die für sehr spezialisierte Berechnungen taugen und auch seit 2017 schon in der deutschen Automobilindustrie genutzt werden. Die universellen Quantencomputer hingegen lassen sich für vielfältige Zwecke nutzen, sind aber momentan in einem Entwicklungsstadium, dass seine Analogie in Transistor-Computern der 1950er Jahre hat. Die erreichten Rechenleistungen hingegen sind zwar schwer vergleichbar, aber teils bereits auf der Höhe unserer Zeit. Zurzeit teilen sich sieben Fraunhofer Gesellschaften den Betrieb eines einzigen universellen Quantencomputers (bzw. Quanten-Supercomputers) in Deutschland. Die Nachrichten dazu haben das Thema Quantencomputer in die breite deutsche Öffentlichkeit gehoben. 

Eine andere wesentliche Unterteilung betrifft die Bauweise von Quantencomputern; photonische Quantencomputer mit Supraleitertechnik und Ionenfallen-Quantencomputer. Deren Unterschiede sind jedoch erst mal nur für Fachleute interessant.

Das Potenzial zur Steigerung der Rechenleistungen von Quantencomputern macht bis dahin völlig unpraktikable Berechnungen (potenziell) praktikabel. Der Aufwand für Quantencomputer disqualifiziert sie wohl noch auf

Jahrzehnte für Alltagsanwendungen, doch für einige bisher unpraktikabel aufwändige oder mathematisch sehr spezielle Berechnungen sind für dieses Jahrzehnt mit einigen nützlichen Anwendungen zu rechnen.

Die größte Frage zu Quantencomputern ist letztlich, wozu sie gut sind. Sie können Dinge, die transistorbasierte Computer nicht können und nie können werden – und die dementsprechend bisher noch nicht getan werden. Dies bedeutet, dass die Anwendungen wohl größtenteils erst noch gefunden und geschaffen werden müssen. Heiße Kandidaten für die Nutzung von Quantencomputern sind Grundlagenforschung, extrem aufwendige Simulationen (Klima, Strömungen, molekulare Ebene) und das Knacken von Verschlüsselungen.

Der Zugang zu kommerziellen Quanten-Supercomputern erfolgt bisher als Dienstleistung. So können auch kleine Forschungsinstitute im Prinzip ihre Berechnungsaufgaben an Quanten-Supercomputer geben wie an gewöhnliche (transistorbasierte) Supercomputer. Je mehr Anwendungen gefunden werden und je mehr und bessere Quantencomputer kommerziell zugänglich sind, desto wahrscheinlicher wird es, dass auch mittelständische oder sogar kleine Unternehmen Quantencomputer mit solchen Aufträgen nutzen werden.

Bezugsquelle: Was bringen uns Quantencomputer? (2020, 9. Mai). [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=_LVM7Mfm5pw

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