Quantencomputer: Die Fast-alles-Rechner

Geheimdienste fürchten sie fast so sehr, wie sie darauf hoffen. Forscher glauben, mit ihnen bislang unlösbare Probleme berechnen zu können. Quantencomputer gelten als beinahe magische Maschinen. Welche Fähigkeiten besitzen sie, wie sind sie aufgebaut und wo liegen ihre Grenzen?

Artikel von Matthias Matting veröffentlicht am
Versuchsanordnung mit grünem Laser, mit der Wiener Forscher das optische Quanten-Computing verbessert haben
Versuchsanordnung mit grünem Laser, mit der Wiener Forscher das optische Quanten-Computing verbessert haben (Bild: IQOQI Wien)

Klassische Rechner sind Beschränkungen unterworfen, die in ihrer Natur liegen. Betrachten wir eine simple Aufgabe: die Primfaktorenzerlegung einer natürlichen Zahl. Schulstoff aus der fünften oder sechsten Klasse also. Obwohl die schnellsten Supercomputer heute Billiarden Rechenschritte pro Sekunde ausführen können, bräuchten sie für die Primfaktorenzerlegung einer 300-stelligen Zahl noch immer etwa 150 Jahre. Das freut all die, die Daten zu sichern haben, denn viele moderne Verschlüsselungsverfahren schöpfen ihre Sicherheit aus der Tatsache, dass die Primfaktorenzerlegung sehr, sehr aufwendig ist.

Deshalb musste man die Verschlüsselungsalgorithmen auch schon des Öfteren anpassen - wer hätte vor 50 Jahren vorherzusagen gewagt, wie schnell heutige Chips rechnen? Quantencomputer allerdings machen dem kompletten Kryptographiegewerbe einen Strich durch die Rechnung, denn sie versprechen einen radikalen Fortschritt: Wofür ein Supercomputer heute noch 150 Jahre braucht, dafür benötigen sie gerade mal eine Sekunde. Worauf beruht dieser enorme Fortschritt?

Das Quanten-Bit

In der Quantenphysik bekommt die Grundeinheit der Information eine neue Bedeutung: Aus dem Bit wird das Qubit (gesprochen Kjubit). Während ein klassisches Bit sich für einen Zustand entscheiden muss, existiert das Qubit als Superposition aller möglichen Zustände, es ist also 0 und 1 und irgendetwas dazwischen gleichzeitig.

  • Die Bloch-Kugel (Bild: Smite-Meister/CC BY-SA 3.0)
  • Im Inneren dieser Vakuumapparatur fangen die<br>Innsbrucker Quantenphysiker Ionen ein (Bild: Matthias Matting)
  • Versuchsanordnung mit grünem Laser, mit der<br>Wiener Forscher das optische Quanten-Computing verbessert haben<br>(Bild: IQOQI Wien)
  • Supraleitender Chip der Firma IBM (Bild: IBM)
Die Bloch-Kugel (Bild: Smite-Meister/CC BY-SA 3.0)

Die Theoretiker symbolisieren das gern durch die Bloch-Kugel. Die klassischen Werte 0 und 1 werden durch Pfeile durch den Nord- und den Südpol dieser Kugel dargestellt. Das Qubit kann aber auch alle anderen Werte annehmen, die auf der Kugeloberfläche liegen.

Stellenmarkt
  1. Architekt für Continuous Testing Automation (m/w/d)
    Allianz Technology SE, Stuttgart, Unterföhring (bei München)
  2. Koordinator / Spezialist für Geoinformationssysteme (m/w/d)
    TenneT TSO GmbH, Lehrte, Bayreuth
Detailsuche

Auf den ersten Blick könnte man deshalb vermuten, dass sich in einem Qubit unendlich viele Informationen verstecken lassen. Denn die Kugeloberfläche bietet ja Platz für alle möglichen Kombinationen von Werten. Ganz so leicht macht es uns die Quantentheorie aber dann doch nicht, denn bei jeder Messung wird aus der Überlagerung von Zuständen schließlich doch wieder ein ganz konkreter Zustand, ein klassisches Bit.

Mit welcher Wahrscheinlichkeit 0 oder 1 auftreten, das wird durch die vorherige, uns außerhalb der Messung verborgen bleibende Zustandsmischung definiert.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
Verschränkung muss sein 
  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
  6. 6
  7.  


Zeitvertreib 15. Aug 2014

Sorry ich glaube soweit bist du noch nicht ;) Nicht böse gemeint aber um Einstein weiter...

NilsP 18. Jul 2014

Also, gaaanz genau sind es 3,12 Mio Kerne (16.000 Knoten je 2 Ivy Bridge Xeons (12C) + 3...

crmsnrzl 07. Jul 2014

Falsch, man kann nur nicht beides GLEICHZEITIG mit beliebiger Genauigkeit wissen.

Flö. 07. Jul 2014

Die Illuminaten natürlich! SCNR :D



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Streit mit Magnus Carlsen
Schachgroßmeister Niemann soll über 100 Mal betrogen haben

Schachweltmeister Magnus Carlsen wirft dem Großmeister Hans Niemann Betrug vor - eine neue Untersuchung stärkt die Vorwürfe.

Streit mit Magnus Carlsen: Schachgroßmeister Niemann soll über 100 Mal betrogen haben
Artikel
  1. Airpods Pro 2 im Test: Apple schaltet Lärm und Konkurrenz aus
    Airpods Pro 2 im Test
    Apple schaltet Lärm und Konkurrenz aus

    Mit sinnvollen Änderungen sind die Airpods Pro 2 das Beste, was es derzeit an ANC-Hörstöpseln gibt. Aber Apples kundenfeindliche Borniertheit nervt.
    Ein Test von Ingo Pakalski

  2. Vodafone und Telekom: Zwei Netzbetreiber melden Datenrekord auf Oktoberfest
    Vodafone und Telekom
    Zwei Netzbetreiber melden Datenrekord auf Oktoberfest

    Die Telekom liegt beim Datenvolumen klar vor Vodafone. Es gab in diesem Jahr besonders viel Roaming durch ausländische Netze.

  3. Dr. Mike Eissele: Es kann immer wieder technologische Revolutionen geben
    Dr. Mike Eissele
    "Es kann immer wieder technologische Revolutionen geben"

    Chefs von Devs Teamviewer-CTO Dr. Mike Eissele gibt einen tiefen Einblick, wie man sich auf eine Arbeitswelt ohne Bildschirme vorbereitet.
    Ein Interview von Daniel Ziegener

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • Günstig wie nie: Inno3D RTX 3090 Ti 1.199€, MSI B550 Mainboard 118,10€, LG OLED 48" 799€, Samsung QLED TVs 2022 (u. a. 65" 899€, 55" 657€) • Alternate (Acer Gaming-Monitore) • MindStar (G-Skill DDR4-3600 16GB 88€, Intel Core i5 2.90 Ghz 99€) • 3 Spiele für 49€ [Werbung]
    •  /