Der Bedarf an Rechenleistung dürfte in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Um den Bedarf zu decken, benötigt es jedoch sogenannte Supercomputer. Doch wie funktionieren eigentlich solche Quantencomputer?
Quantencomputer funktionieren vollkommen anders als herkömmliche Computer. Denn während diese auf sogenannten Bits basieren, die entweder den Wert 0 oder 1 annehmen, arbeiten Quantencomputer mit sogenannten „Qubits“. Diese Qubits können nicht nur den Zustand 0 oder 1 annehmen, sondern auch beide Zustände gleichzeitig. Das funktioniert dank eines Phänomens der Quantenmechanik, das als „Superposition“ bekannt ist.
Dadurch können Quantencomputer viele Berechnungen gleichzeitig durchführen. Das macht sie theoretisch deutlich leistungsfähiger als klassische Computer. Das gilt vorrangig für komplexe Aufgaben, die viel Rechenleistung erfordern.
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Wie funktionieren Quantencomputer?
In einem klassischen Computer führen logische Schaltungen jede Berechnung durch, die auf dem Ein- und Ausschalten von Transistoren basieren. Quantencomputer nutzen jedoch die besonderen Eigenschaften von Qubits. Diese befinden sich nicht nur in einem Zustand von 0 oder 1, sondern in einer Überlagerung beider Zustände. Diese Fähigkeit der Qubits, mehrere Zustände gleichzeitig zu haben, ermöglicht es Quantencomputern, viele Berechnungen parallel durchzuführen.
Ein Beispiel: Den Weg aus einem Labyrinth finden. Ein klassischer Computer würde jeden Weg einzeln ausprobieren, bis er die richtige Lösung findet. Der Quantencomputer hingegen könnte alle Wege gleichzeitig in Betracht ziehen und dadurch viel schneller zur Lösung gelangen.
Das Konzept der Quantenmechanik
Ein weiteres wichtiges Konzept in der Quantenmechanik, das Quantencomputern ihre enorme Rechenleistung verleiht, ist die „Verschränkung“. Wenn Qubits miteinander verschränkt sind, bleiben sie miteinander verbunden, auch wenn sie räumlich getrennt sind.
Ändert sich der Zustand eines Qubits, ändert sich sofort auch der Zustand des anderen – unabhängig von der Entfernung. Diese Verschränkung ermöglicht es Quantencomputern, exponentiell mehr Informationen zu verarbeiten, je mehr Qubits sie haben.
Wenn zwei Qubits verschränkt sind, können sie vier mögliche Zustände speichern. Mit 20 verschränkten Qubits können bereits über eine Million mögliche Zustände gespeichert werden. Dadurch können Quantencomputer potenziell enorm große und komplexe Aufgaben bewältigen.
Quantencomputer noch eine experimentelle Technologie
Trotz ihres Potenzials stehen Quantencomputer vor großen Herausforderungen. Eines der größten Probleme ist die „Dekohärenz“. Da die Zustände von Qubits sehr empfindlich sind, können sie leicht durch äußere Einflüsse gestört werden, was zu Rechenfehlern führt.
Forscher arbeiten an verschiedenen Methoden zur Fehlerkorrektur, um diese Störungen zu minimieren und die Zuverlässigkeit von Quantencomputern zu erhöhen. Ein weiteres Problem ist, dass es derzeit sehr schwierig ist, Quantencomputer zu skalieren. Um die vollen Möglichkeiten auszuschöpfen, gilt es Wege zu finden, um Systeme mit Tausenden oder Millionen von Qubits zu bauen, ohne dass diese zu empfindlich auf äußere Einflüsse reagieren.
Quantencomputer sind eine weitgehend noch experimentelle Technologie. Sie könnten eines Tages Probleme lösen, die für klassische Computer unlösbar sind, wie die schnelle Faktorisierung großer Zahlen, die für die moderne Kryptografie entscheidend ist. Allerdings befindet sich die Technologie noch am Anfang und es wird wahrscheinlich noch einige Jahre dauern, bis Quantencomputer ihren vollen Einsatz finden.
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