Quantencomputer, die Zukunft der Computertechnik

Das 20. Jahrhundert brachte viele Revolutionen und Neuentdeckungen in der Wissenschaft. Von der Atomkraft, dem Flugzeug, der Raumfahrt und natürlich auch den Computern. Jedoch gibt es bei der Entwicklung von Computern ein Problem, sie werden zu „klein“. Aber ist das nicht etwas gutes? Ja, das Problem ist nicht die Größe des gesamten Computers. Das Problem ist die Größe der kleinsten Teile, welche sich im Computer befinden. Denn sie bestehen grundlegend aus Leitungen, in denen Elektronen fließen. In diesen Leitungen gibt es Knotenpunkte, die den Fluss stoppen oder nicht. Diese heißen Transistoren und genau hier liegt das Problem. Ein typischer Transistor ist heutzutage ungefähr 14 nm groß, 500x kleiner als ein rotes Blutkörperchen. Problematisch daran ist, dass sich die Elektronen irgendwann einfach hinter den Transistor „teleportieren“ können. Dies können sie durch den Tunneleffekt. Das bedeutet, dass sie ab einer gewissen Größe die Elektronen nicht mehr aufhalten können. Wissenschaftler haben sich also Gedanken darüber gemacht, wie man das Problem lösen könnte. Da Bits, die kleinste Form der Information in Computern, immer 1 oder 0 sind, immer an oder aus, dachten sich Physiker: Was wäre, wenn wir die seltsamen Regeln der Quantenwelt zu unserem Vorteil nutzen könnten?

Tatsächlich gibt es einen Weg und dieser nennt sich Quantum-Bits oder Qubits. Bits und Qubits haben immer einen Wert von 1 oder 0, jedoch befindet sich das Qubit in einer Superposition. Zuerst sollte vermutlich geklärt werden, was eine Superposition ist? Superposition beschreibt die verschiedenen Zustände eines atomaren oder subatomaren Teilchens, wenn es nicht beobachtet wird. Um es einfacher zu sagen: Schrödingers Katze, das berühmte Gedankenexperiment mit einer Box, in welcher sich ein radioaktives Nuklid, Gift und eine Katze befinden. Wenn das Nuklid zerfällt wird das Gift freigelassen und die Katze stirbt. Jedoch sehen wir nicht ob die Katze tot oder lebendig ist. Folglich befindet sie sich in einer Superposition. Wir wissen nicht, ob das Qubit eine 1 oder 0 ist, bis wir nachschauen.

Nehmen wir als Qubit nun mal die Polarisation eines Photons. Es kann unter anderem horizontal oder vertikal polarisiert sein. Erst, wenn wir es testen, z.B. mit einem Filter, wird entschieden, welchen Wert der Qubit hat, 1 oder 0, horizontale oder vertikale Polarisation. Das hilft uns, die Sperre der physikalischen Größe von Computerteilen zu umgehen. Quantencomputer bringen uns zu dem zwei große Vorteile, ihre Geschwindigkeit und ihre Leistung. Dazu nutze ich ein Gedankenexperiment. Nehmen wir an, ich habe 3 Bits und 3 Qubits, beide haben 8 also 2³ verschiedene Kombinationsmöglichkeiten ( 001 ; 000 ; 100 ; 010 ; 101 ; 111 ; 110 ; 011 ). Jedoch können 3 Bits nur immer eine Kombination gleichzeitig sein, währenddessen Qubits alle 8 auf einmal sind. Das wirkt erst mal relativ egal. Wenn es auf einmal jedoch eine Billion (1.000.000.000.000) verschiedene Möglichkeiten sind, brauchen reguläre Computer auch eine Billion Bits. Quantencomputer hingegen benutzen nur eine Millionen (1.000.000) Qubits. Die Effizienz der Computer steigt exponentiell mit der Potenz 2^x. Durch diese hohe Effizienz kommen aber auch Probleme auf uns zu. Diese schnellen Computer hebeln aus Versehen das Konzept von Passwörtern aus. Normalerweise werden Passwörter mit einem speziellen und einzigartigen Code kodiert. Das sorgt dafür, dass normale Computer diesen niemals knacken könnten. Quantencomputer bräuchten zwar auch etwas Zeit, aber sie könnten es hinbekommen. Das gilt für jedes Passwort der Welt. Ein Quantencomputer würde mit Sicherheit viel Nervosität bei großen Firmen oder Banken verursachen. Jedoch könnten sie uns auch helfen: z.B. beim Suchen von einer bestimmten Datei in Milliarden von Dateien. Was reguläre Computer Stunden oder Tage kostet, kann ein Quantencomputer in einer Wurzel dieser Zeit. Zudem sind Computer nicht sehr gut im Darstellen von komplexen Molekülen oder Atomen. Mit der gigantischen Rechenleistung der Quantencomputer könnten diese endlich Akkurat darstellen.

Quantencomputer werden die Computertechnik entweder revolutionieren oder aber als Nischenprodukt der Wissenschaft nie den großen Durchbruch schaffen. Das wird uns die Zukunft zeigen.