Quantencomputer Made in Germany: Deutschland im Quantenfieber

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.