Quantencomputer

Ein Quantenprozessor bzw. Quantencomputer ist ein Prozessor, der die Gesetze der Quantenmechanik nutzt. Im Unterschied zum klassischen Computer arbeitet er nicht auf der Basis makroskopischer Zustände elektronischer Schaltkreise, sondern quantenmechanischer Zustände geeigneter Systeme. Damit ist es möglich, im Laufe der Rechnung Superpositionszustände und Quantenverschränkung zu erzeugen, die beide für die Informationsverarbeitung in Quantencomputern entscheidend sind.

Quantenalgorithmen könnten die Berechnungszeit für viele mathematische und physikalische Problemstellungen deutlich verringern. Beispielsweise zeigen theoretische Studien, dass Quantenalgorithmen bestimmte Probleme der Informatik, z. B. die Suche in extrem großen Datenbanken (siehe Grover-Algorithmus) und die Faktorisierung großer Zahlen (siehe Shor-Algorithmus) effizienter lösen können als klassische Algorithmen.

Geprägt wurde der Begriff auf der ersten Conference on the Physics of Computation am MIT im Mai 1981 durch die Vorträge der Physiker Paul Benioff und Richard Feynman über quantum computing. Benioff präsentierte seine Arbeit, die zeigte, dass Computer unter den Gesetzen der Quantenmechanik arbeiten können.^[1] Feynmans Vortrag stellte erstmals ein Grundmodell für einen Quantencomputer vor.^[2]

Der Quantencomputer blieb lange ein überwiegend theoretisches Konzept. Es gab verschiedene Vorschläge, wie ein Quantencomputer realisiert werden könnte, in kleinem Maßstab wurden einige dieser Konzepte im Labor erprobt und Quantencomputer mit wenigen Qubits realisiert. Der Rekord lag im November 2021 bei 127 Qubits für den Prozessor^[3] und ein Jahr später bei 433 Qubits.^[4][5] Neben der Anzahl der Qubits ist aber auch zum Beispiel eine geringe Fehlerquote beim Rechnen und Auslesen wichtig und wie lange die Zustände in den Qubits fehlerfrei aufrechterhalten werden können.

Seit 2018 investieren viele Regierungen und Forschungsorganisationen sowie große Computer- und Technologiefirmen weltweit in die Entwicklung von Quantencomputern, die von vielen als eine der entstehenden Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts angesehen werden.^[6][7][8]

1. ↑ Paul Benioff: Quantum mechanical Hamiltonian models of discrete processes that erase their own histories: Application to Turing machines. In: International Journal of Theoretical Physics. Band 21, Nr. 3, 1. April 1982, ISSN 1572-9575, S. 177–201, doi:10.1007/BF01857725. 
2. ↑ veröffentlicht in: Richard Feynman: Simulating physics with computers. In: International Journal of Theoretical Physics. Band 21, Nr. 6/7, 1982, S. 467–488 (berkeley.edu (Memento vom 30. August 2019 im Internet Archive) [PDF]). 
3. ↑ Mark Mantel: IBM Eagle: Der erste Quantencomputer, den Supercomputer nicht simulieren können. In: heise.de. 16. November 2021, abgerufen am 16. November 2021. 
4. ↑ Raúl Limón: Nuevo hito cuántico: IBM alcanza con el nuevo procesador Osprey los 433 cúbits, más capacidad que el número de átomos del universo. In: El País. 9. November 2022, abgerufen am 10. November 2022 (spanisch). 
5. ↑ Jens Stark: IBM auf dem Weg zum Quanten-Supercomputing. In: Com-Magazin. Abgerufen am 11. November 2022. 
6. ↑ Focus on quantum science and technology initiatives around the world. In: Rob Thew, Thomas Jennewein and Masahide Sasaki (Hrsg.): Quantum Science and Technology. Band 5, Nr. 1, 2019, doi:10.1088/2058-9565/ab5992 (special issue zu verschiedenen nationalen „Quanten-Initiativen“). 
7. ↑ Jan Goetz: Europa braucht einen eigenen Quantencomputer – tut dafür aber nicht genug. In: Handelsblatt. 13. November 2019, abgerufen am 7. Februar 2020. 
   Lars Jaeger: Mehr Zukunft wagen! Gütersloher Verlagshaus, 2019. 
   Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt. (PDF) BMBF, September 2018, abgerufen am 7. Februar 2020. 
8. ↑ Barbara Gillmann: Karliczek startet Quanten-Initiative. In: Handelsblatt. 2. Februar 2020, abgerufen am 7. Februar 2020.