Quantencomputer. Die Superrechner des neuen Jahrtausends

Die folgende Technologie klingt tatsächlich ein wenig nach Science-Fiction: Die Rede ist von Quantencomputern. Auf theoretischer Ebene wird hierbei nach dem Motto „Think Big“ verfahren, denn es geht um nichts weniger, als um die Schaffung von Computern, welche nicht den Beschränkungen der Gesetze der klassischen Physik und Informatik unterworfen sind. Vielmehr soll die Verarbeitung von Rechenprozessen nach quantenmechanischen Zuständen bzw. Prinzipien erfolgen – also wenn das nicht nach Sci-Fi klingt, dürfte nur noch wenig unter diesem Begriff aufzufinden sein.

Die wunderbare Welt der Qbits

Ein Quantencomputer nutzt Rechen- und Speichereinheiten, die sogenannten Qbits, welche das Äquivalent zum klassischen Bit bei herkömmlichen Rechnern sind, mit dem kleinen Unterschied, dass sie im Gegensatz zu letztgenannten nicht nur die Zustände Null und Eins kennen, sondern für kurze Zeitspannen auch Zustände zwischen Null und Eins (die sogenannte Superposition) einnehmen können. In dieser Position kann das Qbit gemessen und dann einem der beiden klar definierten Zustände Null und Eins zugeordnet und dadurch in einem klassischen Bit gespeichert werden: Klingt abstrakt und ist es auch. In Laborumgebung wurden Qbits bereits unter Nutzung von Ionen oder supraleitenden Schleifen (SQUIDs) hergestellt. Bis es aber bye, bye Digitalrechner, hello Quantencomputer heißt, dürfte noch einige Zeit vergehen.

Warum Quantencomputer?

Allerlei unterschiedliche gesellschaftliche Gruppen zeigen sich interessiert an den Quantentechnologie, denn Problemfelder, die die Informatik bis an ihre Belastungsgrenzen treiben, bspw. die Suche in extrem umfangreichen Datenbanken oder die Zerlegung sehr langer Zahlenketten sollen mittels quantenmechanischer Prinzipien (beispielsweise die Nutzung des Shor- oder Grover-Algorithmus) deutlich effizienter verarbeitet werden können. Google bspw. verspricht sich von Quantencomputern ein effizienteres Verfahren zum Durchsuchen von Datenbanken nutzen zu können. Geheimdienste wiederum sind interessiert, weil insbesondere extrem lange Zahlenketten und die Zerlegung von hohen Primzahlen gerade im Bereich der Kryptografie (also der Verschlüsselung) eine große Rollen spielen und ein in der Praxis nutzbarer Quantencomputer passwortgeschützte Systeme in kürzester Zeit knacken könnte. Auch im Bereich der Forschung zeigt man sich in puncto Quantencomputern höchst interessiert, verspricht man sich durch deren Nutzung, die Möglichkeit, komplexe Mehrteilchensysteme oder sich überlagernde Magnetfelder simulieren und so studieren zu können.

Quantencomputer sind noch Zukunftsmusik und Experten gehen davon aus, dass bis zur Nutzung solcher außerhalb der Laborsituation noch einige Jahrzehnte vergehen werden. Die Herausforderung besteht nämlich darin, dass man eine ganze Menge Qbits für einen Quantencomputer bräuchte. Diese müssten zudem sowohl leicht zu manipulieren, als auch resistent gegen Störeinflüsse von außen sein, denn im Gegensatz zur klassischen Informatik ist das Ergebnis nicht klar definiert, sondern wird erst bei der Messung und unter Verwendung bestimmter Wechselwirkungen wie Qbits-Verschränkungen definiert. Je mehr Qbits aber zum Einsatz kommen, desto größer ist das Potential für Rechenfehler: Es gibt also noch einige Hürden zu nehmen. Eine Realisierung von Quantencomputern würde das Thema Rechenleistung jedenfalls auf eine nie dagewesene und kaum vorstellbare Stufe heben und hätte definitiv etwas Evolutionäres.