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Quantencomputer sind in Mode
Es gibt kaum ein Wissenschaftsmedium, das momentan auf dieses Thema verzichtet. Aber was genau macht einen Quantencomputer im Vergleich zu einem normalen Computer eigentlich aus? Der Beitrag gibt einen ersten Überblick
Von Rechenschiebern und Quantenphysik
Ein Quantencomputer ist ein Rechner, der sich verschiedene quantenphysikalische Phänomene zunutze macht, um eine exponentiell wachsende Rechenleistung zu erreichen. Der Vergleich zwischen Quantencomputer und herkömmlichem PC entspricht ungefähr dem Vergleich zwischen einem solchen PC und einem Rechenschieber. Aber warum ist der Quantencomputer so viel schneller als der PC?
Herkömmliche PCs – aber auch die Super-Computer der NASA – arbeiten klassisch mit Bits (“binary digits”), die den Wert 0 oder 1 annehmen können. So schaffen sie die bekannten Folgen aus Nullen und Einsen, die für Computer so typisch geworden sind. Ein Quantencomputer hingegen arbeitet mit sogenannten Qubits (“Quantenbits”).
Qubits sind ein Thema für sich und würden den hier gesetzten Rahmen sprengen. Nur soviel: Wir müssten uns zunächst intensiver mit der Quantenphysik beschäftigen… Wichtig ist, dass die Rechenleistung der Quantencomputer exponentiell zur Anzahl der Qubits steigt. Während n Bits n Informationen speichern können, sind es bei n Qubits 2n Information. Das bedeutet, dass im Idealfall 2 Qubits 256 Bits entsprechen, 32 Qubits dagegen bereits mehr als 2 Milliarden Bits – und um 280 Qubits zu entsprechen, reichen alle Atome im gesamten Universum nicht aus.
Somit gibt es eine physikalische Grenze, ab der klassische PCs nicht schneller werden und über die hinaus sie keine Daten mehr speichern können. Quantencomputer erreichen diese Grenze in absehbarer Zeit deshalb nicht, weil für eine Verdopplung der Leistung – anders als bei PCs – nicht die Anzahl der Bits verdoppelt, sondern lediglich ein einzelnes Qubit hinzugefügt werden muss.
Quantencomputer verschieben die Grenzen des Computers • Bildquelle: @metamorworks | ©CANVA
Mögliche Anwendungen von Quantencomputern
Aber wofür können wir diese unglaubliche Leistung überhaupt nutzen? Erklärtes Ziel der Forschung ist zwar ein universeller Quantencomputer. Aber dessen Anwendungen sind laut Wissenschaftlern (wie bei vielen Innovationen) noch gar nicht vollständig zu ermessen. Ein konkretes Projekt stammt aus der Automobilbranche: So möchte Volkswagen einen Quantencomputer nutzen, um den gesamten Verkehr in einer Großstadt zu simulieren. Mit den gewonnenen Daten ließen sich Staus vermeiden.
Ebenfalls spannend sind Anwendungen in der Medizin, Stichwort: Patient-on-a-Chip. Dabei soll ein Quantencomputer einen vollständigen Menschen simulieren, um beispielsweise die Wirksamkeit von Medikamenten vorherzusagen. Dem realen Menschen müsste das Medikament in der Testphase gar nicht verabreicht werden. Diese Idee geht soweit, dass ganze klinische Studien nur noch mit virtuellen Menschen (“digital twins”) durchgeführt werden könnten.
Keine Grenzen in Sicht
Wozu wir Quantencomputer in Zukunft noch alles nutzen können, wird sich erst im Laufe der Zeit sagen lassen. Als die Vorfahren unserer heutigen Computer noch so groß wie Kleiderschränke und kaum leistungsfähiger als ein Taschenrechner waren, lag es auch nicht gerade auf der Hand, dass wenige Jahrzehnte später jeder einen kleinen Supercomputer in der Tasche tragen würde.
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