„Und dann gibt es da Dinge, die sind einfach nicht erklärbar…“ – wie oft ergeht es uns so, dass wir technologischen Fortschritt begleiten, ihn staunend bewundern oder uns vielleicht sogar ein wenig fürchten? Seit knapp 28 Jahren beschäftigt sich Sympra mit erklärungsbedürftigen Themen – und dazu gehören auch Quantencomputer. Ein ganz großes Ding.
1) Qubit statt Bit
Wer kennt sie nicht, die Reihen aus Nullen und Einsen, die klassische Computer bei ihren Rechenleistungen mit den Bits erzeugen. Zusammengefasst stehen die Werte für Ziffern oder Buchstaben und sind genau die Daten, die bislang genutzte (Super-)Computer verarbeiten. Dabei können die Bits als kleinste Speichereinheit genau zwei Zustände einnehmen: An oder Aus bzw. 1 oder 0. Im Quantencomputer hingegen arbeiten als Pendant zu den Bits die sogenannten Qubits (oder Qbits oder Quantenbits). Die Besonderheit: auch die Qubits nehmen grundsätzlich ebenfalls den Zustand 0 oder 1 an. Jedoch können sie dank der quantenphysikalischen Eigenschaften auch einen Zwischenzustand einnehmen und für eine gewisse Zeit gleichzeitig mit einer 0 und einer 1 arbeiten und sind dadurch…
2) …megaschnell
Während Prozessoren in klassischen Computern die Rechenaufgaben überwiegend Schritt für Schritt abarbeiten – je nach Aufbau auch bis zu einem gewissen Maß parallel – muss man sich den Quantencomputer als einen extremen Parallel-Rechner vorstellen. Denn dank der Qubits hat das System die Fähigkeit, die Aufgabenstellung ganzheitlich zu bearbeiten und nahezu alle Rechenschritte parallel zu erledigen. Das spart so viel Zeit, dass aus 10.000 Jahren plötzlich nur noch wenige Minuten werden, bis das Ergebnis feststeht. Das sind zumindest die Angaben von Google. Das Unternehmen hat im Oktober 2019 einen Beitrag zu seinem Quantenchip „Sycamore“ publiziert, bei dem insgesamt 54 Quantenbits eine zwar wenig praktische, aber zugleich eindrückliche Aufgabe gelöst hätten.
3) Er mag’s frostig und eng
IBM hat Anfang 2019 einen kommerziellen Quantencomputer präsentiert, der auch abseits der Laborumgebung funktionieren soll. Was daran besonders ist? Unter anderem die Arbeitsbedingungen, die das System liebt. Damit die winzig kleinen Qubits auf ihre enorme Leistung kommen, brauchen sie angenehme 15 Millikelvin, also -273 Grad Celsius. Erreicht wird diese Tieftemperatur unter anderem durch den Einsatz von hochpreisigem Helium 6, das die Umgebung der Rechnereinheiten entsprechend kühlt. Die Miniaturisierung und der geringe Energiebedarf sind weitere Punkte, die die Technik so besonders machen. Während der Supercomputer Summit von IBM auf einer Grundfläche von rund 500 Quadratmetern arbeitet, ist der IBM Q in einer 2 auf 2,5 Meter großen Glasbox verstaut.
4) Praktische Anwendung
Es ist noch nicht final geklärt, ob eine intelligentere Programmierung oder bessere Algorithmen auch herkömmliche Computer zu vergleichbaren Höchstleistungen antreiben kann. Jedoch öffnet allein die Fähigkeit der Quantenrechner, unfassbar große Datenmengen schnell zu verarbeiten, auch ganz praktischen Anwendungen neue Möglichkeiten. Sei es beispielsweise bei der Navigation im Straßenverkehr, um verschiedene Faktoren wie Wetterbedingungen, Ampelschaltungen und Tempolimits zu verarbeiten. Auch bei der Entwicklung von Medikamenten können die Qubits ihre Dienste tun, wenn sie Wirkweisen unterschiedlicher Stoffe auf molekularer Ebene schneller durchrechnen und Theorien belegen – oder eben verwerfen.
5) Am Anfang war die Idee
Die Quantentheorie birgt trotz ihres Alters von gut 100 Jahren so viele Rätsel. Da ist es nicht verwunderlich, dass auch der Quantencomputer, von dem sich führende Forscher neue Erkenntnisse zur Quantenphysik versprechen, noch in den Kinderschuhen steckt. Stand heute ist es schwierig, die Qubits in dem besonderen Zwischenzustand zwischen 0 und 1 zu halten; kleinste Temperaturschwankungen mag der Quantencomputer ebenfalls nicht. Das birgt natürlich die Gefahr, eines fehlerhaften Ergebnisses. Aktuell führen Quantencomputer einzelne Berechnungen durch – das macht sie zu einer Ergänzung der konventionellen Technik, aber nicht zu einem Ersatz.
Wir sprechen uns in ein paar Jahrzehnten nochmal, bis dann, Qubit!
Am 6. November 2019 fand, im Vorfeld der Mitgliederversammlung von Baden-Württemberg Connected (bwcon), bei IBM in Ehningen ein bwcon Business Dialog zum Thema Quanten Computing statt. Sympra, seit vielen Jahren aktives bwcon-Mitglied, war dabei.
Bildquelle: IBM
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