Seit dem zweiten Weltkrieg wurden bis heute zahlreiche Computer gebaut, die immer besser wurden. In den Anfängen war ein Computer beispielsweise noch so groß wie ein oder mehrere Räume und brachte nicht mehr imstande, als ein paar Ziffern auf den Bildschirm zu bringen. Spätestens seit den Anfängen des World Wide Webs (www) besaßen herkömmliche Computer oft nur die Größe heutiger Rechner und waren in der Lage, zahlreiche Aufgaben wie das Schreiben von Mails oder das Erstellen von Präsentationen zu bewältigen.
Alles in allem hat die Entwicklung von Computer immense Fortschritte in den letzten Jahrzehnten gemacht. Seit kurzem werden sogenannte Quantencomputer gebaut, die das Vielfache an Potenzial wie herkömmliche Rechner versprechen.
Wie funktioniert dieser Rechner?
Wie auch gewöhnliche Rechner basiert das Prinzip von Quantencomputer auf das bewährte Dualsystem, indem es genau zwei Zustände gibt; 0 und 1. Während die 1 für Spannungspotenzial oberhalb eines bestimmten Pegels steht, bedeutet 0 hingegen ein, dass sich das Spannungspotenzial unterhalb diesem Pegel befindet.
Allerdings unterscheidet sich der Quantenrechner dadurch, dass er sogenannte Qubits besitzt, die mithilfe von Überlagerung im selben Moment die beiden Zustände besitzen kann. Je nach Bedarf kann als auf den einen, bzw. den anderen Zustand zugegriffen werden. Sind beispielsweise vier Qubits enthalten, kann der Rechner genau 2 hoch 4 Zustände zugleich annehmen. Das wären in diesem Beispiel genau maximal 16 Zustände im selben Moment. Herkömmliche Computer können jeweils nur einen Zustand im selben Moment besitzen, bevor sie sich in einen anderen wechseln können.
Darüber hinaus besitzen Qubits die einzigartige Eigenschaft, auch über äußerst große Distanzen hinweg innig in Verbindung zu bleiben. Dieses Phänomen wird Verschränkung genannt. Folglich ist es möglich, über große Entfernungen verschlüsselte Nachrichten zu versenden. Da sich der Zustand stets ändern würde, wenn eine fremde Person auf den Qubit zugreifen würde, ist eine hervorragende Verschlüsselung gewährleistet.
Der Aufbau
Einen Quantencomputer zu bauen, ist mit großen Hürden verbunden. Das verbreitetste Verfahren besteht darin, Qubits in äußerst kleinen Metallschlaufen abzuspeichern, die von einem Magnetfeld umgeben sind. Darüber hinaus müssen diese Schleifen bis auf den Nullpunkt heruntergekühlt werden. Das Resultat ist ein widerstandsloser Durchfluss des elektrischen Stroms, der in zwei Richtungen zur selben Zeit fließen kann.
Das wird dadurch eine Superposition erreicht. Das bedeutet, dass sich der Stromfluss überlagert. Zur Steuerung der Qubits werden Mikrowellenimpulse eingesetzt. Das sind elektromagnetische Wellen, die in einem bestimmten Frequenzbereich gesendet werden.
Aktueller Entwicklungsstand
Allerdings ist die Technik nicht ohne Makeln; die Störungsanfälligkeit ist im Bezug auf die Quantenteilchen besonders hoch, sodass der Bau besonders sorgfältig und aufwendig stattfindet. Zudem steigt sie mit zunehmender Zahl an Qubits, sodass selbst die leistungsstärksten Quantenrechner aktuellen Supercomputern nicht das Wasser reichen können.
Der beste Quantencomputer weltweit wurde von dem Unternehmen IBM gebaut und besitzt 20 Qubits, sodass dieser genau 2 hoch 20, also 1.048.576 Zustände gleichzeitig annehmen kann. Nach Ansicht einiger Experten werden für bestimmte komplexe Rechnungen jedoch mindestens 50 Qubits benötigt.
Für die aufwendigsten Rechnungen in der Wissenschaft können daher noch ein paar Jahre, wenn nicht gar Jahrzehnte vergehen, bis potenzielle Quantenrechner zur Verfügung stehen. Allerdings ist die Technik auch heute schon recht interessant, da ein Quantencomputer dieselbe Leistung besitzen kann wie ein herkömmlicher Supercomputer mit mehren hundert, wenn nicht tausend Prozessoren, ohne die Größe von mehreren Räumen zu belegen.