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Die nächste Stufe von Quantencomputern

Internet | 04.08.2016, 15:34
An der University of Maryland gelang es Wissenschaftlern nun erstmals, einen umprogrammierbaren Quantencomputer zu bauen. Das heißt, einen Quantencomputer, der unterschiedliche Algorithmen ausführen kann. Die Forschungsgruppe um Shantanu Debnath schrieben in der Fachzeitschrift "Nature", dass der mit fünf Quanten-Bits ausgestattete Rechner noch erweiterbar wäre.

Das Besondere an Quantencomputern ist, dass sie nicht an die Gesetze der klassischen Physik oder Informatik gebunden sind, sondern an die der Quantenmechanik. Theoretische Studien legen nahe, dass Quantencomputer somit in der Lage sind, Probleme viel schneller und effektiver zu lösen, als bisherige Digitalrechner. Heutige Verschlüsselungen wären somit leicht zu knacken und völlig unbrauchbar.

Der erste Quantencomputer wurde 2001 mit nur sieben Quanten-Bits am IBM konstruiert. Die Quanten-Bits (Qubits) sind die Bits des Quantencomputers. Im Gegensatz zu den "gängigen" Bits besteht bei Qubits auch die Möglichkeit eines Zwischenzustandes, der zwischen 1 oder 0 liegt. Realisiert wird das dadurch, dass der "Inhalt", genauer der Zustand, eines Qubits nicht über die Stromspannung, sondern über quantenmechanische Eigenschaften bestimmt wird. Im Dezember 2015 stellten Google und die NASA ihren eigenen Quantencomputer der Marke D-Wave Systems vor. Dieser zur Lösung von Optimierungsproblemen geschaffene Quantencomputer rechnet mit 1.152 Qubits und arbeitet nahe bei 0 Kelvin.

Die Firma D-Wave Systems plant, bis 2019 den ersten universellen Quantencomputer zu bauen, denn mit der Quantenmechanik als Basis tritt auch ein großes Problem auf:
Quantencomputer sind von vornherein zweckbestimmt. Das heißt, ein Quantencomputer wird zum Lösen des Algorithmus A gebaut und ist später ausschließlich in der Lage, diesen zu lösen. Dies ist den "Verbindungen" der Qubits geschuldet. Diese müssen je nach Algorithmus unterschiedlich manipuliert werden. Eine spätere Umprogrammierung ist daher nicht möglich. Bis jetzt!

Der Forschungsgruppe der University of Maryland gelang es, die Architektur ihres Quantencomputers so zu gestalten, dass es über Laserimpulse möglich ist, die Qubits anzusprechen und von außen die Verbindungen neu zu konfigurieren. Somit bedarf die Steuerung lediglich einer Softwarelösung. Dem Ziel eines universellen Quantencomputers ist man somit schon näher.

In einer Meldung der Washington Post vom 2. Januar 2014 wurde berichtet, dass die NSA an "einem kryptologisch nützlichen Quantencomputer" (original: "a cryptologically useful quantum computer") arbeite. Bezogen worden sind diese Informationen aus den Unterlagen Edward Snowdens. Man kann also skeptisch bleiben, denn trotz möglicher Lösungen für Umwelt und Überbevölkerung, die uns ein Quantencomputer liefern könnte, bleiben trotzdem zahlreiche, für die Bevölkerung bedenkliche und schädliche Einsatzmöglichkeiten für Quantencomputer.

Autor: Dominik H.
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