Der Quantencomputer kommt Schritt für Schritt Prinzip und Funktionsweise dieses zukunftsweisenden Computers

摘要

In den letzten Jahren ist es schwieriger geworden, dem Mooreschen Gesetz zu folgen, gemäss dem sich die Transistoranzahl auf integrierten Schaltkreisen alle zwei Jahre verdoppelt. Deshalb arbeiten Forscher an der Entwicklung neuer Rechnertypen wie z. B. kognitiven Computern oder Quantencomputern. Quantencomputer funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie herkömmliche Computer. Sie beruhen ebenfalls auf einem physischen System mit zwei Zuständen, in diesem Fall |o) und die zwei Energieniveaus entsprechen: z.B. dem Grundzustand und dem ersten angeregten Zustand eines Atoms. Dieses System ermöglicht die Implementierung von Quantenbits bzw. Qubits. Im Gegensatz zum klassischen Bit kann sich das Quantenbit in beiden Zuständen gleichzeitig befinden (Superpositionsprinzip): Es wird nur dann auf einen der beiden Zustände projiziert, wenn das Qubit beobachtet wird, und dies nur mit einer be -stimmten Wahrscheinlichkeit. Eine weitere Besonderheit: die Quantenverschränkung ermöglicht es, mehrere Qubits zu «verbinden». Wenn also mehrere Qubits verschrankt sind, kann eine Messung von einer Qubit die anderen beeinflussen. Leider reichen kleinste Störungen von aussen aus, um die in den Qubits gespeicherte Quanteninformation zu zerstören. Zudem hat ein Logikgatter zwischen zwei Qubits aktuell eine Bitfehlerrate von etwa 1%. Um Rechenfehler von Quantencomputern zu vermeiden, ist es prinzipiell möglich, eine Redundanz über eine Matrix aus Millionen von physikalischen Qubits und hoch entwickelten Algorithmen einzuführen. Aber so weit sind wir noch nicht. Die Quantencomputer der «IBM Q Experience» verfügen derzeit über 5 bzw. 16 Qubits. Eine scheinbar kleine Zahl, die jedoch relativiert werden sollte... Tatsächlich wären Quantenprozessoren mit weniger als 100 Qubits bereits in der Lage, so rechenintensive Aufgaben zu lösen, die für herkömmliche Computer unlösbar sind.