Geschichte des Quantencomputings: Das ganze Universum ist ein Quantencomputer

Das Rechnen mit Quantenzuständen sollte zuerst ein Problem der Physiker lösen: die seltsame Welt der Quanten zu simulieren. Und vielleicht ist es auch nur dafür sinnvoll.

Ein Bericht von Matthias Matting veröffentlicht am
Quantencomputer von D-Wave: Wozu braucht man einen Quantencomputer?
Quantencomputer von D-Wave: Wozu braucht man einen Quantencomputer? (Bild: D-Wave)

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Auf wann die Entstehung des ersten Quantencomputers datiert wird, hängt davon ab, wen man fragt. Seth Lloyd, Physiker am Massachusetts Institute of Technology (MIT), geht davon aus, dass das knapp 14 Milliarden Jahre her ist. Das damals im Urknall entstandene Universum sei, begründet er in seinem Buch "Programming the Universe", ein einziger, riesiger Quantencomputer, dessen Programm darin besteht, Raum, Zeit, Materie und schließlich auch den Menschen hervorzubringen. Seit dem Urknall hat der Kosmos nach Lloyd etwa 10 hoch 120 logische Operationen ausgeführt, und zwar an 10 hoch 90 Bit an Informationen. Ein normaler Computer, der in jedem Takt eine Operation ausführt, schafft pro Sekunde bis zu 10 hoch 10 Operationen. Die Argumentation dafür ist simpel: Wenn ein Objekt Informationen wie ein Quantencomputer speichert und verarbeitet und es keine Möglichkeit gibt, es experimentell von einem Quantencomputer zu unterscheiden, dann müsse es ja wohl eben solch einer sein.

Inhalt:
  1. Geschichte des Quantencomputings: Das ganze Universum ist ein Quantencomputer
  2. Der Quantencomputer arbeitet effizienter

Dieses Weltmodell hat Lloyd nicht erfunden: Schon 1967 hat der deutsche Ingenieur Konrad Zuse - von den Erkenntnissen der Quantenphysik beeinflusst - in seinem gleichnamigen Buch die These vom "Rechnenden Raum" aufgestellt. Jede quantisierte Zelle des Raums könne demnach als Computer verstanden werden, der mit seinen Nachbarzellen in ständigem Kontakt stehe, und zwar derart, dass sich alle Zustände nach einem universellen Programm verändern. Zuse versuchte sogar herauszufinden, wie dieses Programm aussehen müsste, damit die beobachtbare Welt als Ergebnis entsteht.

Quantensysteme ließen sich nicht simulieren

Der Quantencomputer im engeren Sinn hat eine deutlich kürzere Geschichte. Er entstand zunächst als Hilfsmittel für die Physiker, die beim Umgang mit Quantenphänomenen immer wieder an Grenzen stießen. Längst hatte sich die Simulation neben Experiment und Theorie zum wichtigen Werkzeug der Erkenntnis entwickelt, doch im Quantenreich versagte sie kläglich. Zunächst vermutete man, das sei ein Problem der Rechenleistung. Doch 1975 zeigte der Russe R. P. Poplawskij, dass es grundsätzlich unmöglich ist, Quantensysteme auf herkömmlichen Computern vollständig zu simulieren.

Anfang der 1980er Jahre, als Computer allmählich auch in die Haushalte einzogen und alltäglich wurden, lag der Schritt zum Quantencomputer anscheinend in der Luft. Der amerikanische Physiker Paul Benioff erarbeitete 1980 ebenso ein Konzept wie der russisch-deutsche Mathematiker Juri Manin. Als wichtigster Geburtshelfer wird trotzdem gern Nobelpreisträger Richard Feynman zitiert, der 1982 in einem auf einem Vortrag von 1981 basierenden Paper schrieb: "Wenn Sie eine Simulation der Natur bauen wollen, dann sollte sie besser quantenmechanisch sein, und, ei der Daus, plötzlich ist das ein wunderbares Problem, weil es ganz und gar nicht einfach aussieht."

Eine Turing-Maschine lässt sich auf einem Quantencomputer simulieren

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Damit hatte er zweifellos gleich in mehrfacher Hinsicht Recht. Einen Quantencomputer zu konstruieren, ist alles andere als einfach, weil Quantenzustände vom Menschen so schwer zu kontrollieren sind. Die Natur hat damit überhaupt kein Problem, sonst gäbe es keine Photosynthese und - vielleicht - auch keine Denkprozesse. Zunächst befasste man sich mit dem Problem denn auch theoretisch. Der Oxford-Physiker David Deutsch zeigte 1985, wie sich das Konzept der Turing-Maschine ins Quantenreich übertragen lässt und dass sich jede Turing-Maschine auf einem Quantencomputer simulieren lässt.

Aber wie leistungsfähig ist so ein Gerät?

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Der Quantencomputer arbeitet effizienter 
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Kleine Schildkröte 11. Mai 2017

Quanten in der Öffentlichkeit sind wie Quantensprünge in der Realität. Da sind mir...

neocron 05. Mai 2017

Nein. das wäre nicht die naechste Frage. Denn die wäre dann bereits beantwortet ...

jens_b 03. Mai 2017

Und 'Deep Thought' .... das Teil konnte allerdings nicht mal 6x9 richtig rechnen.... ;-)



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