Bedeutung
Ein Quantencomputer ist ein Rechner respektive ein Prozessor, der im Gegensatz zum klassischen Computer auf der Basis der Quantenmechanik arbeitet. Das bedeutet, dass er nicht makroskopische Zustände elektronischer Schaltkreise zum Rechnen nutzt, sondern auf der mikroskopischen Ebene der Elementarteilchen, Atome oder Moleküle arbeitet. Damit können Berechnungen deutlich schneller durchgeführt werden, als es mit klassischen Computern möglich ist. Die Konzepte der Quantenmechanik widersprechen den Gesetzen der klassischen Physik und entziehen sich entsprechend häufig der Anschaulichkeit.
Grundlagen und Entstehung
Die Grundlagen der Quantenmechanik wurden zwischen 1925 und 1932 von bedeutenden Physikern wie Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und andern erarbeitet, um Zustände von Vorgängen im atomaren und subatomaren Bereich, bei denen die Gesetze der klassischen Physik versagt hatten, systematisch zu beschreiben. Ein Phänomen der Quantenmechanik ist beispielsweise, dass sich ein Teilchen gleichzeitig in sehr vielen Zuständen befinden kann. Damit können bedeutend mehr Informationen gespeichert werden, als dies mit herkömmlichen Prozessoren möglich ist. Quantencomputer wurden in den 1980er Jahren erstmals von den Physikern Richard Feynman und Yuri Manin vorgeschlagen. Ende der 1990er Jahre baute IBM mit Forschern des MIT den ersten 3-Qubit-Quantencomputer. 2011 stellte D-Wave Systems den ersten kommerziellen Quantencomputer vor und löste damit auch Kritik aus, ob es sich dabei wirklich um Quantencomputing handle.
Funktionsweise
Während beim klassischen Computer das Bit die kleinste Einheit bildet, das entweder den Zustand 0 oder 1 einnimmt, ist beim Quantencomputer das Pendant das Qubit. Dieses kann aufgrund der Gesetze der Quantenmechanik gleichzeitig sowohl den Zustand 0 oder 1 einnehmen. Diese Überlagerung von verschiedenen Grössen von Zuständen basiert auf dem Prinzip der Superposition und der Verschränkung. Damit ist in der Quantenphysik ein Zustand gemeint, bei dem ein System aus mehreren Teilchen einen Zustand einnimmt, ohne dass den einzelnen Teilsystemen (Qubits) ein wohldefinierter Zustand zugeordnet werden kann. Weil nun aber der Zustand eines Qubits aufgrund der quantenmechanischen Unschärferelation nicht vollständig ausgelesen werden kann, liefern Rechendurchläufe bei Quantencomputern nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit das gewünschte Ergebnis. Dieses sogenannte Dekohärenz-Problem, dass Quantenzustände in klassische Zufallsverteilungen überführt werden, versucht man mit Fehlerkorrekturverfahren zu überwinden. Diese sollen ohne die Messung der Qubits auskommen und Quanteninformationen vor Fehlern infolge der Dekohärenz schützen. Die Schlüsselkomponenten eines Quantencomputers bilden neben den Qubits als Grundbausteine die Quantengatter zur Manipulation der Zustände der Qubits, die Quantenspeicher zur Speicherung der Qubits für die Verarbeitung und die Quantenverbindungsleitungen, mit denen mehrere Quantensysteme miteinander verbunden werden können.
Anwendungen
Forschungsinstitutionen, Regierungen und insbesondere grosse Technologiekonzerne wie IBM oder Google arbeiten mit Hochdruck daran, Supercomputer zu entwickeln. Solche Modelle, die mit exponentiell höherer Rechengeschwindigkeit arbeiten als herkömmliche Computer, können beispielsweise bei Verschlüsselungsverfahren im Bereich der Cybersicherheit und Kryptografie zum Einsatz kommen, Optimierungsaufgaben in der Logistik übernehmen, oder für Simulationen bei der Entwicklung neuer chemischer Stoffe in der Biotechnologie, zur Optimierung von Klimamodellen, in der Medikamentenforschung oder zur Verbesserung der künstlichen Intelligenz und maschinellen Lernens etwa auf dem Gebiet der Mustererkennung zum Einsatz kommen. Quantencomputer läuten nicht nur einen Paradigmenwechsel in der Entwicklung von Prozessoren ein, sondern stellen eine der bedeutendsten Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts dar.
Alle bisher erschienenen Buchstaben im digitalen ABC
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A
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Artificial Intelligence; abgek. AI,
engl. für dt. künstliche Intelligenz, abgek. KI -
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Big Data (von englisch big = gross und data = Daten)
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Cloud, w.
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2. Nebenbedeutung: Teil des Markenversprechens von Abraxas. «Für die digitale Schweiz. Mit Sicherheit» -
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E-ID, w. (staatlich anerkannte, nationale elektronische Identität)
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Firewall, w.
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GUI, s. (Abk. für engl. Graphical User Interface)
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Hermes, m.
1. Götterbote aus der griech. Mythologie, u. a. Gott des Handels, Begleiter der Toten in den Hades
2. frz. Familienunternehmen mit Sitz in Paris für Luxus-Modeartikel
3. Abk. für «Handbuch der Elektronischen Rechenzentren des Bundes, eine Methode zur Entwicklung von Systemen», offener Standard zur Führung und Abwicklung von IT-Systemen -
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Java, s.
1. kleinste der Grossen Sundainseln (Indonesien)
2. systemunabhängige Programmiertechnologie, besonders für Anwendungen im Internet -
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Kubernetes, m.
1. Steuermann (altgriechisch)
2. Container-Orchestrierungssystem (Software) -
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Latenz, f.
1. Vorhandensein einer noch nicht sichtbaren Sache
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3. symptomfreie Zeit zwischen Ansteckung und Ausbruch einer Krankheit (Medizin)
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M
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New Work, n. od. f.
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Gesamtheit der modernen und flexiblen Formen der Arbeit bzw. der Arbeitsorganisation -
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Outsourcing, n.
engl. für Auslagerung
Übergabe von Aufgaben und / oder Strukturen eines Unternehmens an externe Dienstleister -
P
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Proxy, m.
engl. für Stellvertreter
ein Vermittler von Anfragen in Computernetzwerken -
Q
wie Quantencomputer
Quantencomputer, m.
Aus Qubits und Quantengattern aufgebauter Computer, der die Gesetze der Quantenmechanik ausnutzt. -
R
wie Redundanz
Redundanz, f.
Zusätzliche technische Ressourcen als Reserve (Technik) -
S
wie Software-as-a-Service
SaaS, (ohne Artikel)
Kurzwort für englisch Software-as-a-Service = Software als Dienstleistung -
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TLS, m.,
Kurzwort für englisch Transport Layer Security (= Transportschicht-Sicherheit) -
U
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USV, w.,
Abk. für Unterbrechungsfreie Stromversorgung -
V
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VPN, n.,
Abk. für engl. virtual private network = virtuelles privates Netzwerk -
W
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White-Hat-Hacker, m.
Ein White-Hat-Hacker (Oder White Hat, engl. für Weisser Hut) ist ein ethischer Hacker für Computersicherheit.
Über Markus Häfliger
Markus Häfliger ist Inhaber der auf Business-to-Business-IT spezialisierten PR-Agentur Häfliger Media Consulting. Er verfügt über jahrzehntelange Erfahrung mit Technologie- und Wirtschaftsthemen sowohl auf Agentur- als auch auf Medienseite. Er war Chefredaktor der IT-Branchenzeitschrift IT Reseller und von Infoweek (heute Swiss IT Magazine), der Zeitschrift für IT-Entscheider in Unternehmen. Er publiziert als Ghostwriter regelmässig in namhaften Industrie- und Wirtschaftsmedien Fachartikel und Berichte zu IT-Anwendungen in der Praxis. Für das Abraxas-Magazin verfasst er das «Digitale ABC», eine fortlaufende Artikelserie im Lexikon-Stil.
