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Nachhilfe beim Qubits-Computing

Von Manfred Lindinger
25.06.2021
, 12:10
Ein Hauch von Mystik: Der Quantenrechner „IBM Q System One“ in Ehningen verbirgt sich hinter einer schwarzen Glasbox. Die Maschine soll unter dem Dach der Fraunhofer-Gesellschaft dazu genutzt werden, die Technologie und die Anwendungsszenarien weiter zu erforschen.
Quantencomputer gelten als nächstes großes Ding der IT. Bald wird es die ersten Modelle zu kaufen geben.Über die Cloud kann man auf einige Wunderrechner bereits zu Übungszwecken zugreifen.
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„Herr Neugebauer, machen Sie was draus!“, rief Angela Merkel dem Chef der Fraunhofer-Gesellschaft am Dienstag vergangener Woche (15. Juni 2021) zu, als der erste kommerzielle Quantencomputer von IBM am deutschen Standort des Computerherstellers in Ehningen offiziell in Betrieb ging. Die Rechenmaschine „Q System One“, ist, wenn man will, ein Geschenk der Bundeskanzlerin an die deutsche Industrie. Eingefädelt hat sie den Coup vor zwei Jahren bei einem Gespräch mit der damaligen IBM-Chefin Ginni Rometty auf dem Weltwirtschaftsforum in Davos mit dem Ansinnen, der deutschen Wirtschaft in Sachen Quanten-Computing auf die Sprünge zu helfen. Über die Fraunhofer-Gesellschaft kann man auf die Maschine zugreifen und Anwendungen testen.

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Wenn man auch in der Grundlagenforschung führend ist, so zögern noch viele europäische und deutsche Technologiefirmen, in die Quantentechnologie zu investieren, wie es bereits IBM, Google oder Alibaba in China seit vielen Jahren tun. Deshalb soll der IBM-Rechner, der mit seinen 27 Qubits eher bescheiden daherkommt und nicht mit einem klassischen Supercomputer konkurrieren kann, Ingenieuren und Forschern als Testfeld dienen, um sich mit der Technologie vertraut zu machen, die sich anschickt, die Informationstechnologie in absehbarer Zeit zu revolutionieren – für ein stattliches Monatsticket von 11.621 Euro.

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Der Quantencomputer

Riesige Datenbanken in der Zeit eines Wimpernschlags durchforsten, angeblich sichere Codes knacken, komplexe Quantensysteme modellieren oder umfangreiche Optimierungsaufgaben lösen – was selbst einen Supercomputer schnell an seine Leistungsgrenze bringt, wäre für einen Quantenrechner ein Kinderspiel. Denn letzterer funktioniert nach einem ganz anderen Prinzip als ein klassischer PC. Während herkömmliche Computer mit Bits rechnen, die nur die binären Werte „0“ oder „1“ annehmen können, verarbeitet ein Quantencomputer sogenannte Quantenbits, kurz „Qubits“. Die quantenmechanischen Informationseinheiten können nicht nur die binären Zustände annehmen, sondern auch unendlich viele Zwischenzustände. Und das gleichzeitig. Diese Fähigkeit macht den Quantencomputer gegenüber seinem klassischen Gegenstück so überlegen: Komplexe mathematische Aufgaben kann er schnell parallel lösen. Die Möglichkeiten, die in einem Quantencomputer stecken, haben auch längst die großen IT-Firmen in den Vereinigten Staaten und Asien erkannt. Sie haben Millionen von Dollar in die Entwicklung von Quantensystemen gesteckt und Wissenschaftler von namhaften Universitäten angeworben. Viele der Prototypen arbeiten bereits mit 50 Quantenbits, und es sollen noch mehr werden. Als Träger von Quantenbits nutzen IBM, Microsoft und Google elektrische Schaltkreise, die in supraleitenden Mikrochips integriert sind. Die darin umlaufenden Ströme stellen – je nach Umlaufrichtung – zwei unterschiedliche Energiezustände dar. Mit Mikrowellenpulsen lassen sich die Zustände überlagern und manipulieren. Bewährt haben sich auch geladene Atome, die man mit elektrischen und magnetischen Feldern in der Schwebe hält. Durch das Einstrahlen von Laserlicht lassen sich die Ionen in die Zustände 0, 1 oder Überlagerungen davon versetzen. Allerdings darf die Superposition der Zustände während des Rechenprozesses nicht zerstört werden. Jede Einwirkung von außen, die auf ein Quantenbit wie eine Messung wirkt, führt zum Kollaps der Überlagerung. Dadurch kann es zu unerwünschten Rechenfehlern kommen. Leistungsfähige Systeme besitzen deshalb ein effizientes Fehlerkorrektursystem.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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