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Schneller, effizienter, leistungsstärker – Quantum Computing bzw. Quantencomputer sollen die IT-Welt revolutionieren.
In naher Zukunft soll die Technik dazu beitragen, dass riesige Datenmengen schneller und intelligenter ausgewertet sowie interpretiert werden können.
Doch wie funktioniert die Technik und welche Vorteile bringt sie?

Definition Quantum Computing – Was ist das?

Quantencomputer interpretieren und verarbeiten Informationen anders als herkömmliche Computer.
Der klassische PC, wie Sie ihn wahrscheinlich nutzen, arbeitet mit einem binären System – die Daten werden in Bits gespeichert. Dieses Bits können lediglich zwei Zustände annehmen: Eins (an) und Null (aus).
Im Quantum Computing wird dagegen mit Quantenbits (Qubits) gearbeitet. Diese können nicht nur einen Zustand, sondern auch zwei zugleich – 1 und 0 – annehmen.

Quantencomputer im Überblick

  • Statt lediglich Einsen und Nullen darzustellen, wie binäre Systeme, können Quantencomputer Zwischenzustände annehmen
  • Quantencomputern arbeiten mit Qubits statt mit Bits
  • Quantum Computing unterteilt sich in Rechen- und Speichereinheiten
  • Qubits werden in einem Quantenregister zusammengefügt, über welches Operationen getätigt werden
  • Mehrere Rechnungen können gleichzeitig parallel getätigt werden

Wie funktioniert Quantum Computing?

Quantum Computing bedient sich der Quantenphysik, um in kürzester Zeit aufwendige Berechnungen anstellen zu können.
Das System ist in Rechen- und Speichereinheiten unterteilt und arbeitet anders als binäre Systeme mit Qubits, die mehr Zustände als Bits (gleichzeitig) annehmen können.

Nehmen Qubits einen Zwischenzustand an – gleichzeitig Null und Eins – befinden sie sich in der sog. Superposition.
Durch diese Möglichkeit können Quantencomputer ggü. binären System eine Vielzahl von Zuständen annehmen.

Das hat zur Folge, dass sie Berechnungen in einem Bruchteil der Zeit, die Supercomputer benötigen würden, durchführen können – schließlich brauchen sie weniger Ressourcen um große Massen an Informationen verarbeiten zu können.

Ein Beispiel:
Kann ein Quantencomputer mit 20 Qubits bereits 1.048.576 Zustände (2 Zustände hoch 20) annehmen, schafft es ein Gerät mit 50 Qubits (2 Zustände hoch 50) auf eine unvorstellbare 16-stellige Zahl von Zuständen.

Diese Superposition können die Qubits jedoch nur so lange halten, bis sie gemessen werden – dann nehmen auch sie, wie Bits, den Zustand 1 oder 0 an.
Diese Quantenbits werden in Register eingefügt, über die Rechenoperationen ausgeführt werden.

Sind die Qubits miteinander verbunden, reagieren sie wie eine Einheit. Wird ein Qubit gemessen, verändert sich nicht nur dieses, sondern alle, die mit diesem Bit verbunden sind.
Das wirkt sich insbesondere für verschlüsselte Informationen positiv aus.
Wird unbefugt auf eine Information zugegriffen, bleibt dies nicht unbemerkt, da sich der Zustand aller Qubits entsprechend dem Zugegriffenem verändert.

Weiterhin können durch diese Verschränkung der Teilchen mehrere Rechnungen nicht nur linear sondern parallel angestellt werden.

Wo können Quantencomputer eingesetzt werden?

Quantencomputer können vielseitig eingesetzt werden.
Im Folgenden nur drei Beispiele:

Da sie im Gegensatz zu herkömmlichen PCs komplexe Probleme einfach und schnell lösen können, könnten sie beispielsweise für Verschlüsselungen u.a. im Bankwesen oder im E-Commerce eingesetzt werden.

Aber auch der Einsatz in der Medizin, Forschung, etc. ist aufgrund dessen, dass Quantencomputer Moleküle simulieren können, gut denkbar.

Nicht zuletzt kann Quantum Computing für das Auswerten von Informationen großer Datenbank bzw. Big Data genutzt werden.

Vorteile und Nachteile des Quantum Computing

Neben signifikant beschleunigten Rechenvorgängen sprechen für bzw. gegen Quantum Computing folgende Punkte:

PRO

  • Quantencomputer können massive Datenmengen leicht und schnell bearbeiten. Berechnungen für die selbst Supercomputer Jahre benötigen würden, können Quantencomputer in kurzer Zeit abschließen.
  • Mehrere Berechnungen können gleichzeitig vorgenommen werden.
  • Quantencomputer können Moleküle sehr getreu nachbilden – Bereiche wie Gentechnik oder Medizinforschung können gefördert werden.
  • Die Forschung sowie Entwicklung von Medikamenten kann enorm vorangetrieben werden, da aufwendige Laborarbeit erleichtert wird.

CONTRA

  • Ihre Kompetenz komplexe Berechnungen anzustellen kann von Hackern missbraucht werden – Verschlüsselungen könnten leichter geknackt werden.
  • Quantencomputer funktionieren anders als klassische PCs – um die Systeme nutzbringend einsetzen zu können, braucht es Fachkräfte, die die Systeme zu händeln wissen.
  • Ein Quantencomputer ist nur dann stabil, wenn viele Qubits miteinander verbunden (verschränkt) sind.
  • Quantencomputer sind empfindsame Geschöpfe – die Superposition ist nicht leicht zu halten und der Computer läuft nur bei Temperaturen nahe dem Nullpunkt. Vibrationen schätzt das gute Gerät auch nicht.
  • Die Verschränkung der Qubits bereichert, erschwert aber auch die Handhabung der einzelnen wie der Gesamtheit der Teilchen.

Quantum Computing – Ein Blick in die Zukunft

Nun hat IBM Januar 2019 einen Quantencomputer mit 20 Qubit herausgebracht – Google will mit einem 50 Qubit schwerem Geschütz binnen diesen Jahres nachlegen.
Damit hätten sie die magische Grenze zur Leistung von Supercomputern geknackt.

Dennoch werden Quantencomputer für das (Heim)büro wohl zunächst eine Wunschvorstellung bleiben. Ist aber nicht schlimm, denn für die tägliche Arbeit der meisten Berufe ist ein Quantencomputer kaum nötig, die normale Rechenleistung reicht hier vollkommen aus.
Unternehmen der Bereiche Medikation, Banking und IT dürften vom Quantum Computing bei erfolgreicher Umsetzung enorm profitieren.

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