Der nächste Quantensprung

Bereits heute passen Millionen hochkomplexer mikroelektronischer Bauteile auf nur einen Quadratzentimeter Silizium. Jeder trägt Computer in der Hosentasche, deren Leistung anno 1969 ausgereicht hätte, um zum Mond zu fliegen. Kaum zu glauben, dass uns die großen Quantensprünge jedoch erst bevorstehen …

Obwohl sie nichts anderes tun, als Informationen zu verarbeiten und Rechnungen zu lösen, veränderten Computer unser Leben für immer. Es ist schwer vorstellbar, dass die ersten Computer noch ganze Hallen ausfüllten und so teuer waren, dass Thomas Watson 1943 annahm, es gäbe in Zukunft einen Weltmarkt von fünf Computern.

Im Streben, immer kleinere und leistungsfähigere Microchips herzustellen, ist man mittlerweile in subatomare Gefilde vorgedrungen. In den Bereich der Quantenmechanik. Dort herrschen allerdings Gesetzmäßigkeiten, die bereits Albert Einstein als „spooky“ bezeichnet hat.

Was meinte er damit?

Herkömmliche Computer rechnen mit Bits. Ein Bit kann den Wert 0 oder 1 annehmen. Egal wie umfangreich die Aufgabe, Computer rechnen immer linear. Also Schritt für Schritt. Null oder Eins. Ja oder Nein. Mehrere lineare Berechnungen können parallel laufen. Besonders leistungsstarke Computer, die nach dieser Logik funktionieren, nennt man Supercomputer.

Im Bereich der Quantenmechanik ändern sich die bekannten Spielregeln jedoch. Quantenbits (QuBits) sind nicht entweder 0 oder 1, sondern nehmen beide Werte gleichzeitig an. Diese besondere Eigenschaft ist die Grundlage für eine millionenfach überlegene Rechenleistung von Quantencomputern gegenüber bisherigen Computern. Nobelpreisträger Erwin Schrödinger erklärte diese als Superposition bekannte Eigenschaft so: Wäre ein QuBit eine Katze, könnte sie zum gleichen Zeitpunkt tot, aber auch lebendig sein.

Warum ist das alles wichtig zu verstehen?

Weil Quantencomputer bereits weit mehr als ein Gedankenexperiment sind. Sie sind seit Jahren real und ihre überlegene Rechenleistung Schlüssel zur Potenzialentfaltung von Technologien wie künstlicher Intelligenz.

Google verkündete kürzlich bereits die Quantenüberlegenheit. Das Unternehmen behauptet, eine Technologie zu besitzen, die eine (bestimmte) Aufgabe in nur 200 Sekunden lösen kann, für die der aktuellste Supercomputer 10.000 Jahre brauchen würde. Möglich machen das die QuBits, die nicht eine Möglichkeit nach der anderen abwägen, sondern alle Möglichkeiten zugleich berücksichtigen und so die richtige Lösung finden. Supercomputer Deep Thought, der in dem Buch „Per Anhalter durch die Galaxis“ 7,5 Millionen Jahre gebraucht hat, um den Sinn des Lebens (der bekanntlich 42 ist) zu errechnen, ist also im Vergleich zu Quantencomputern ein lahmer Rechenschieber.

Ähnlich wie in der Science-Fiction sollen Quantencomputer in den kühnsten Visionen von Forschern Antworten auf komplexe und uralte Fragestellungen der Menschheit geben können. Fragen wie „Was war vor dem Urknall?“ oder „Was ist Bewusstsein?“. Auf pragmatischerer Ebene finden Quantencomputer Anwendung in Bereichen wie Chemie, Klimaforschung, Pharmakologie, Finanzen und Sicherheit. Quantentechnologie kann genutzt werden, um Medikamente gegen bisher unheilbare Krankheiten zu entwickeln oder das Risiko eines Anlageportfolios exakt zu berechnen. Auch können sie heute sichere Verschlüsselungen in Sekundenschnelle knacken. Aus all diesen Gründen gibt es derzeit einen wahren Wettlauf um diese Technologie.

Wie in den Anfängen herkömmlicher Computer sind die Geräte derzeit noch riesig und teuer. Doch das wird sich bald ändern. Ob du in Kürze Quantentechnik unterm Weihnachtsbaum liegen haben wirst, ist noch fraglich. Doch per Cloud ermöglicht IBM schon seit 2015 den Zugriff auf einen Quantenprozessor. Wie wirst du diese Möglichkeit nutzen?

Markus Engelberger

Markus Engelberger

Artikel zuerst erschienen in Volume Magazin Nr. 79, 27.02.2020

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