Überbewertete Superrechner: Quantencomputer hätten kaum was zu tun

Superrechner, die fast alles können, aber zu nichts zu gebrauchen sein werden? Weltweit arbeiten Forscher an der Entwicklung von Quantencomputern. Schneller als herkömmliche Rechner sollen sie jede Rechenaufgabe erledigen können. Doch das ist ein Missverständnis.

Artikel von Christian Meier veröffentlicht am 28. November 2014, 11:59 Uhr

Ein potentieller Quantenprozessor, der die Quantenbits miteinander verbindet. (Bild: Erik Lucero, University of California/Santa Barbara, CC BY-SA 3.0)

Quantencomputer sollen einmal sehr viel schneller rechnen als herkömmliche Computer. Bislang existieren sie nur in Form von Machbarkeitsstudien in Physiklabors und haben noch kein praxisrelevantes Rechenproblem gelöst. Die Expertenwelt ist unsicher, wann es den ersten praxistauglichen Quantencomputer geben wird. Wenn es allerdings schon morgen so weit wäre, gäbe es kaum etwas für den Quantencomputer zu tun: Trotz 20 Jahren Forschung kristallisieren sich bislang nur wenige potenzielle Anwendungen heraus.

Nur zwei praxisrelevante Methoden versprechen einen klaren Tempovorteil gegenüber klassischen Rechnern: Das Knacken von gängigen Verschlüsselungsverfahren wie dem RSA-Code sowie die schnelle Suche in ungeordneten Datenbanken. Eine davon noch dazu kaum nutzbringend. Wird es bei dieser Dürftigkeit bleiben? Drei führende Experten vom renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) skizzieren für Golem.de, was von Quantencomputern zu erwarten ist und was nicht.

Der Zufall bestimmt die Lösung

In der öffentlichen Wahrnehmung gebe es ein großes Missverständnis, sagt Scott Aaronson, der das Potenzial und die Grenzen von Quantencomputern erforscht. "Die Leute denken, der Quantencomputer gehe durch eine Überlagerung aller möglichen Antworten und irgendwie schreie die korrekte Antwort laut über alle anderen hinweg, um sich bemerkbar zu machen" Doch am Ende der Rechnung bestimme allein der Zufall, welche der Lösungsmöglichkeiten ausgegeben werde. Ein Zufallsgenerator liefere das gleiche Resultat, sagt der Informatiker.

Er erklärt den Unterschied: "Der Trick ist die sogenannte Interferenz." Die Antworten würden im Quantencomputer in Form von Wellen dargestellt, und Wellen könnten sich gegenseitig auslöschen oder verstärken. "Die Kunst ist, die Interferenz so zu steuern, dass sich die Wege, die zu den falschen Antworten führen, gegenseitig auslöschen, so dass der Weg zur richtigen Antwort übrigbleibt." Beim Messen erhalte man dann sehr wahrscheinlich die richtige Antwort.

Ein Quantencomputer ist wie ein Orchester

Seth Lloyd, ein theoretischer Physiker, der den ersten funktionierenden Quantencomputer entworfen hat, sagt: "Einen Quantencomputer zu steuern, ist wie ein Orchester zu dirigieren. Das Ziel ist eine passende, gewissermaßen harmonische Interferenz zwischen den Tönen, also den möglichen Antworten."

Es sei aber nicht für jedes Problem möglich, die richtige Orchestrierung zu finden, genauer: "Insgesamt scheint es nicht für allzu viele Probleme eine solche Orchestrierung zu geben." Die Probleme müssten offenbar eine ähnliche mathematische Struktur haben wie das Faktorisierungsproblem, welches dem Knacken des RSA-Codes zugrunde liegt.

Dafür finde der Quantencomputer grob gesagt schnell heraus, ob in einer sehr, sehr langen Prozession von Zahlen Wiederholungen auftreten, auch wenn diese sehr, sehr weit auseinanderliegen. "Die Frage ist, ob es noch andere Probleme als das Faktorisierungsproblem gibt, die derart lange Perioden aufweisen", sagt Peter Shor.

Er hat vor genau 20 Jahren den nach ihm benannten Faktorisierungsalgorithmus entdeckt, woraufhin die Öffentlichkeit erstmals auf Quantenrechner aufmerksam wurde. "Mir sind keine solchen Probleme bekannt", sagt der Mathematiker und Informatiker.