Was genau ist eigentlich "Quantencomputing"?

Quantencomputer versprechen die Grenzen der Recheneffizienz stark zu erweitern und damit Probleme zu lösen, mit denen heutige Systeme überfordert sind. Aber was ist genau der Unterschied zu "normalen" Rechnern? Hier gibt es die wichtigsten Fakten.

  • In einem Quantencomputer werden Informationen quantenmechanisch behandelt; Register und Speicherinhalte können mehrere Werte gleichzeitig in Überlagerung enthalten und Befehle wirken sich simultan auf all diese Werte aus. Damit ist bereits ein einziger Quantenprozessor intrinsisch hoch parallel.
  • Grundlage für Quantencomputer in der Quanteninformatik sind die Qubits. Das Qubit ist das Pendant zum klassischen Bit bei herkömmlichen Computern: Es dient als kleinstmögliche Speichereinheit und definiert gleichzeitig ein Maß für die Quanteninformation.
  • Problem bei der Entwicklung von Quantencomputern ist die große Anfälligkeit von Quantenzuständen gegenüber Störungen. Dies erfordert umfangreiche Fehlerkorrekturen, die derzeit noch nicht möglich sind.
  • Ein universell nutzbarer Quantencomputer wird voraussichtlich Entwicklungszeiten von zehn, 15 Jahren benötigen.
  • In der Öffentlichkeit diskutierte Systeme stammen von IBM und Google (Systeme mit 50 Qubits); diese haben aber noch experimentellen Charakter. Hier besteht das Problem auf größere Qubit-Zahlen zu erweitern (IBM und Google verwenden mit Supraleitung eine Technologie, die inder Nähe des absoluten Nullpunkts, –273 Grad Celsius, arbeitet).
  • Die einem universellen Quantencomputer zugrunde liegende Technologie ist noch offen – es werden aktuell fünf technologische Ansätze in der Forschung bearbeitet.
  • Es besteht erheblicher Bedarf an einer Quanteninformatik auf Ebene der Algorithmen, Software und Anwendungen.
  • Quantensimulation: Quantensimulatoren sind mit dem Quantencomputing eng verwandt, sie sind aber auf ein spezifisches Problem ausgerichtet und nicht universell einsetzbar.

Wo stehen wir in Deutschland?

  • Deutschland und Europa haben eine starke wissenschaftliche Basis, die es für die Entwicklung von Quanten-Software und – Hardware zu nutzen gilt.
  • Die aktuell diskutierten Technologien für Quantencomputer-Hardware werden in Deutschland in der Forschung bearbeitet.
  • Ein industrielles Innovationssystem sowie eine Anwendercommunity müssen sich entwickeln.
  • Mit einer breit angelegten Strategischen Initiative zu Quantencomputing eröffnet sich zugleich die Chance zur Entwicklung eines Quantentechnologie-Ökosystems, das für eine zukünftige wirtschaftliche Umsetzung steht.