Quantencomputer: Es gibt drei Arten von Qubitssakkmesterke
TrendDie Meister der Zwischenstände

Quantencomputer verwenden drei Arten von Qubits

Lesezeit ca.: 2 Minuten
Bernd Seidel

Bernd Seidel

freier Journalist

Quantencomputer arbeiten nicht nach den Prinzipien der Elektronik, sondern nach denen der Quantenphysik. Je nach dem verwendeten Typ von Qubit entscheidet sich, ob der Rechner frei programmierbar ist, oder ob sich sein Einsatz auf die Lösung eines einzigen Problems beschränkt.

07. August 2017

Quantencomputer arbeiten mit sogenannten Qubits. Diese können nicht nur die von den Bits bekannten Wert Null oder Eins annehmen, sondern beide Zustände gleichzeitig. Das kanadische Start-up D-Wave vermeldet für sein jüngstes Modell des Quantencomputers bis zu 2000 Qubits, während der Konkurrent IBM auf 5 Qubits im Rechner selbst und 20 Qubits im dazugehörigen Simulator verweist. Dieser Unterschied ist deutlich zu groß, um ihn mit einem jeweils unterschiedlichen Fortschritt in der Entwicklung zu erklären.

Vom Single Purpose-Rechner zur freien Programmierung

„Es gibt grundsätzlich drei unterschiedliche Arten von Quantencomputern, und die nutzen unterschiedliche Arten von Qubits“, erklärt Rüdiger Spies, Independent Vice President Software Markets beim Analystenhaus PAC. „Die Qubits unterscheiden sich sowohl in ihrer Komplexität als auch in ihrem Anwendungsgebiet.“ Am unteren Ende liegen die sogenannten Quantum Annealer. Diese eignen sich beispielsweise dazu, das Minimum in einer Verteilungsfunktion zu finden. So wie es Volkswagen bei den Berechnungen zur Optimierung des Verkehrsflusses in Peking macht. Der Nachteil dieses Typs: Die Qubits arbeiten zwar sehr schnell, können aber durch die Art ihrer Verschaltung nur das Problem lösen, wofür sie implementiert sind.

Am oberen Ende liegen die sogenannten Universal Qubits. Diese können in beliebige Zustände gebracht und dort auch gehalten werden. „Sie lassen sich programmieren wie ein klassischer Computer und sind daher nicht auf die Lösung eines speziellen Problems beschränkt“, erklärt Spies. IBM arbeitet mit Universal Qubits. Das Problem dieses Qubit-Typs ist der enorme Aufwand an Hardware und Software für die Fehlerkorrektur, um die sensiblen Quanteneffekte bei der Verarbeitung von Daten auszugleichen.

Um diese Hürde zu umgehen, haben Google-Forscher das alternative Modell des sogenannten Quantencomputers entwickelt. Dieses Design verursacht bei der Fehlerkorrektur weniger Aufwand, so dass sich damit die Fortschritte in Sachen Leistung möglicherweise einfacher erreichen lassen. Das Problem dieses Typs liegt darin, dass das Konzept des analogen Quantencomputers bislang in der Theorie noch wenig erforscht ist.

Kühlung und Auslesen der Zustände als Hürden

„Um ein Qubit in den gewünschten Zustand zu bringen, muss es fast auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden“, erläutert Spies. „Der eigentliche Zustand wird erst beim Auslesen erkennbar. Die Auslesemechanik, die dafür nötig ist, stellt bislang die größte Hürde dar.

Volkswagen kann sich neben der Verkehrsflussoptimierung künftig Einsätze beim autonomen Fahren oder beim Optimieren von Produktionsschritten vorstellen. Analyst Spies verweist auf drei weitere Einsatzbereiche: „In der Materialforschung lassen sich die Eigenschaften künftiger Werkstoffe berechnen, so dass weniger Praxisversuche nötig sind.“ Enorme Fortschritte seien zudem in der Bilderkennung und in der Kryptographie möglich: „Ein Quantencomputer knackt alle heutigen Verschlüsselungsverfahren, weil er sämtliche in einem Kryptographiealgorithmus möglichen Zustände praktisch gleichzeitig simulieren kann.“

Ausgabe 2017/02

Ausgabe 2017/02

Möchten Sie weitere spannende Artikel lesen?

Download pdf