So ein Quantencomputer ist anders

Im Quantenregime sind Messungen immer rein statistischer Natur. Man benötigt deshalb ausgefeilte Fehlerkorrektur-Mechanismen, die meist direkt an die genutzte Architektur anzupassen sind. Die Effizienz eines "ausgereiften" Quantencomputers würden sie kaum beeinflussen, aber so weit ist die Forschung eben noch nicht.

Problem 2: Quantencomputer programmieren

Den richtigen Umgang mit dem Quantencomputer zu erlernen, ist ein zeitraubender Prozess. Stellen Sie sich vor, Ihr Kollege Ingenieur hat einen Abakus entwickelt. Es gibt spannende Theorien darüber, was man damit alles ausrechnen kann. Addieren und Subtrahieren sind klar, einfach ein paar Kugeln hin und her schieben, fertig. Aber wie sieht es mit der Multiplikation aus? Sie wissen, wie man schriftlich multipliziert, doch auf dem Abakus funktioniert das ganz anders. Sie müssen also erst einen Algorithmus dafür finden.

Nun hat die Mathematik für eindeutige Zustände schon seit Jahrhunderten jede Menge Algorithmen parat - doch das seltsame Verhalten im Quantenreich ist auch ihr neu. Quantencomputer sind zumindest heute keine Universalmaschinen, denen man jedes beliebige Problem vorlegen kann. Vermutlich werden sie das aus sich heraus auch nie werden. Vielleicht wird man in Zukunft an einem herkömmlichen Supercomputer arbeiten, der nur passende Operationen eigenverantwortlich an ein Quantenmodul auslagert. Doch so weit ist die Forschung noch nicht - heute geht es vor allem darum, geeignete Algorithmen zu finden und an die aktuellen Quantencomputer-Konzepte anzupassen. Dadurch relativiert sich ein wenig das Problem, dass noch keine Quantencomputer mit sehr vielen Bits zur Verfügung stehen.

Abkürzung adiabatischer Quantencomputer?

Dass bisher von "weniger als 20 Qubits" die Rede war, scheint von einem Unternehmen widerlegt zu werden, das seine Quantencomputer auch schon an Google verkauft hat und in seinem neuen Modell auf bis zu 2.000 Qubits verweist. Doch Qubit ist nicht gleich Qubit, denn die Firma D-Wave geht mit ihrem Konzept einen etwas anderen Weg: Sie verzichtet auf die Verschränkung der einzelnen Qubits untereinander. Jedes Bit ist also vollständig unabhängig voneinander - es gibt auch abgewandelte Konzepte, bei denen immer wenige Qubits miteinander verschränkt sind, aber nicht mit dem Rest. Das vermindert die Gefahr von Dekohärenz. Forscher nennen das Grundprinzip einen adiabatischen Quantencomputer.

Es beruht darauf, dass ein System im Grundzustand (also mit der absoluten Mindestenergie) seine Quanteneigenschaften nicht verändert, solange die Wechselwirkung mit der Umwelt klein genug ist, dass sie unter der Schwelle für den nächsthöheren Zustand bleibt - das nennt man eine adiabatische Zustandsänderung.

Die Idee ist, einen bestimmten Zustand zu präparieren und diesen dann mit kleinsten Anstößen so weit zu verändern, dass ein anderer, gesuchter Grundzustand erreicht wird, der der Lösung des Problems entspricht und gemessen werden kann. Adiabatische Quantencomputer sind dadurch weit weniger flexibel als "echte". Ob sie herkömmlichen Computern prinzipiell überlegen sind - und bei welcher Art von Problemen -, ist derzeit noch Diskussionsgegenstand unter den Forschern. Tatsächlich scheint ein solcher Quantenrechner bestimmte Probleme (insbesondere bei der Optimierung) enorm schnell lösen zu können - wobei die meiste Zeit für die Konfiguration des Rechners auf das spezielle Problem benötigt wird.

Die ökonomischen Grenzen

Lange glaubte man, dass Quantencomputer quasi unumgänglich wären - und aus technischer Sicht stimmt das sogar. Denn die Strukturen in der klassischen Halbleitertechnik schrumpfen immer weiter und sind längst in Bereichen angekommen, wo Quanteneffekte eine große Rolle spielen. Obwohl schon lange das Ende der Miniaturisierung ausgerufen wurde, ist man seit Jahr und Tag überraschend erfolgreich darin, die Technik immer noch einen Schritt weiter zu treiben.