Das heutige Wissenshäppchen hört sich etwas nach Science-Fiction an, aber Quantentechnologien stehen nach Jahren des Forschens und Testens an der Schwelle zur Anwendung in der Praxis. Und das ändert alles – insbesondere unsere bisherige binäre Welt. Quantentechnologien ermöglichen neue, leistungsstarke Computer mit höchster Rechenleistung und besonders sicherer Verschlüsselungsverfahren. Wo klassische Computer und Supercomputer klar an ihre Grenzen kommen, verspricht Quanten Computing dank wesentlich leistungsfähigerer Rechenkapazitäten neue Lösungen für bisher noch unlösbare Fragestellungen.
Quantentechologien oder auch das Quanten Computing nutzen die Gesetze der Quantenmechanik. Vereinfacht: Ein Quantencomputer funktioniert wie mehrere klassische Computer gleichzeitig. Denn ein Quantenprozessor führt nicht nur eine, sondern parallel mehrere Berechnungen durch. Der Qubit macht dabei den Unterschied. Während ein Bit im bekannten Binärsystem entweder den Zustand 0 oder 1 annimmt, kann ein Qubit für eine bestimmte Zeitspanne zwei Zustände gleichzeitig annehmen (Superposition). Daten können also – statt nacheinander – gleichzeitig durchsucht und verarbeitet werden. Qubits können durch beispielsweise ein Magnetfeld in Verbindung stehen und unterliegen Wechselwirkung (Quatenverschränkung). Wird ein Qubit verändert, nimmt das verschränkte Qubit ohne Zeitverzögerung und unabhängig von der Distanz die Veränderung ebenfalls an. Je mehr verschränkte Qubits vorhanden sind, umso mehr Zustände können zeitgleich berechnet und verarbeitet werden und umso höher die Rechenleistung des Quantencomputers.
Das erste kommerzielle, europäische Quantencomputer-System von IBM in Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Gesellschaft wurde 2021 in Betrieb genommen. Interessierte können heute Quantencomputer über Webanwendungen testen oder über kostenfreie (Probe-)Abos nutzen. In einschlägigen Wissenschaften werden Quantentechnologien schon länger eingesetzt. Der Transfer in die Praxis wird eher früher, als später passieren. Konkrete Anwendungsbeispiele sind der Einsatz von Quantencomputern in der Simulation, Echtzeitanalysen komplexer Systeme sowie das beschleunigte Lernen von Künstlicher Intelligenz.
Morgen werden wir nicht alle eine Quantencomputer zuhause haben. Aber für industrielle Einsätze und die Forschung werden Quantencomputer schon morgen unerlässlich sein. Darüber hinaus wird derzeit an Misch-Computern oder Hybrid-Computern gearbeitet, die auf dem Binärsystem basieren und gleichzeitig eine gewisse Menge an Qubits enthalten. So können Anwender*innen die neuen Möglichkeiten in vertrauter Umgebung testen. Über die Qubits läuft dann beispielsweise die Simulation oder die Analyse großer Daten, während das Binärsystem zum Beantworten von Emails und die klassischen Office-Anwendungen genutzt wird.
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