In Mailand wird der Rahmen für einene Quantencomputer gebaut.

Zu kaufen gibt es sie noch nicht, geforscht wird aber auf der ganzen Welt: Quantencomputer könnten unseren Alltag komplett verändern.

Es erinnert an futuristische Technik aus einem Science-Fiction-Film: ein Computer, der die Grenzen aktueller Rechensysteme mühelos sprengt und extrem aufwendige Berechnungen in unglaublich kurzer Zeit bewältigt. Das alles auf Basis exotischer "Quanten-Technologie". Noch kann man solche Computer nicht kaufen, geschweige denn im Alltag nutzen. Aber weltweit wird an ihnen geforscht.

Was unterscheidet einen Quantencomputer von einem herkömmlichen Rechner?

Die Quantenmechanik beschreibt die Welt im ganz, ganz Kleinen. Dort gelten Gesetze, die mit unserer Alltagserfahrung überhaupt nicht zusammenpassen. So können etwa Teilchen gleichzeitig mehrere Zustände einnehmen. Und das wiederum macht man sich bei Quantencomputern zunutze.

Audiobeitrag

Podcast

Zum Artikel Das Thema als Podcast: Der Traum vom Quantencomputer

Das Thema
Ende des Audiobeitrags

Bei einem normalen Computer wird mit Bits gearbeitet, diese können entweder den Zustand 1 oder 0 haben. Ein Quantenbit - Qubit gennant – kann ebenso den Zustand 1 und 0 haben, aber theoretisch auch unendlich viele Zwischenzustände. Und das nicht entweder oder - sondern zeitgleich. Ein Physiker beschreibt das so: Man kann es eigentlich nicht verstehen, man muss es einfach hinnehmen.

Welche Vorteile hat ein Quantencomputer?

Durch die besonderen Eigenschaften der Qubits können Quantencomputer einige Aufgaben sehr viel schneller und direkter lösen. Etwa wenn es um das Ausprobieren von unzähligen verschiedenen Lösungswegen geht. So können etwa komplexe Verkehrssteuerungen umgesetzt oder auch Simulationen sehr viel genauer am Computer durchgeführt werden. Die Pharmaindustrie erhofft sich zum Beispiel, mit Hilfe von Quantencomputern neue Wirkstoffe entwickeln zu können oder bestehende deutlich zu verbessern.

Wo liegen die Nachteile?

Eine besondere Herausforderung stellen Quantencomputer für die Kryptografie dar, also für die Verschlüsselung von Informationen. Seien es Passwörter, E-Mails, Chatverläufe oder andere sensible Daten: Ein Quantencomputer kann verschiedene Passwortvarianten um viele Größenordnungen schneller durchprobieren. Die Experten müssen sich also neue Methoden überlegen, wie auch künftig Daten möglichst sicher verschlüsselt werden können.

Wie weit ist die Entwicklung von Quantencomputern?

Erste einfache Modelle mit wenigen Qubits gibt es schon länger. In letzter Zeit hat die Entwicklung aber an Fahrt aufgenommen. Im vergangenen Jahr etwa hat Google mit einem 53 Qubit-Rechner eine Berechnung in wenigen Minuten durchgeführt, die ansonsten selbst mit einem Supercomputer tausende Jahre gebraucht hätte. Kritiker merken aber an, dass dies eine speziell auf die Stärken von Quantencomputern ausgelegte Aufgabe war. Um wirklich praktische Anwendungen umsetzen zu können, muss die Zahl der Qubits noch weiter steigen. Zudem sind  die Quantencomputer derzeit noch schwer zu handeln: Sie müssen etwa extrem heruntergekühlt werden und sind sehr empfindlich gegen Störungen.

Werden wir irgendwann alle Quantencomputer unter den Schreibtischen stehen haben, oder sogar in der Hosentasche herumtragen?

Für klassische Büroanwendungen oder auch den Internetbrowser braucht man keine Quantencomputer. Möglicherweise werden künftig solche Rechner eher in Rechenzentren oder bei großen Firmen eingesetzt. Vor allem auch wegen der zunächst wohl sehr hohen Kosten.
Denkbar wäre aber, dass die schnelle Technik mit klassischen Computern kombiniert wird - vorausgesetzt, die Komponenten werden deutlich kleiner. So eine Art Quanten-Co-Prozessor, der dann ganz bestimmte Aufgaben übernimmt. Bis es so weit ist, dürften aber wohl noch Jahrzehnte vergehen.

Sendung: hr-iNFO Aktuell, 28.02.2020, 6-9 Uhr

Jetzt im Programm