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Zukunft des Rechnens : Fünf Dinge, die Sie über Quantencomputer wissen müssen

  • -Aktualisiert am

Ionen, die von unterschiedlichen Laserstrahlen manipuliert werden – auch das ist ein Ansatz im Quantencomputing. Bild: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch

Demnächst wird der deutsche Quantencomputer eingeweiht. Hier kommt ein Ausflug in die Welt des Allerkleinsten. Ein Gastbeitrag.

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          1. Was unterscheidet ein klassisches Bit von einem Quantenbit?

          Ein klassisches Bit ist ein Objekt, dass die beiden Werte „0“ oder „1“ annehmen kann. Es gibt die unterschiedlichsten physikalischen Realisationen für Bits. Normalerweise handelt es sich um ein elektronisches Bauteil wie einen Kondensator oder Transistor, vorstellbar ist aber auch ein Draht, der Strom führt oder nicht, eine Lampe, die leuchtet oder nicht, oder ein Uhrzeiger, der waagerecht oder senkrecht stehen kann. Klassische Bits haben zwei zentrale Eigenschaften: Erstens ist der Wert eines Bits zu jedem Zeitpunkt der Berechnung eindeutig definiert. Er kann gemessen werden, und die Messung ändert den Wert des Bits nicht. Zweitens verändert sich der Wert an einem Bit nicht automatisch, wenn sich der Wert an einem anderen Bit ändert. Es braucht eine (wenn auch oft sehr kurze) Zeitspanne, bis die Änderung an einem Bit sich an einem anderen Bit auswirken kann – zumindest die Zeit, die das Licht braucht, um den Raum zwischen den beiden Bits zu überwinden, ist nötig, denn die Information über die Änderung des ersten Bits muss ja beim anderen Bit zunächst ankommen.

          Ein Quantenbit wiederum ist ein Objekt, dass die beiden Werte „0“ oder „1“ oder irgendetwas dazwischen annehmen kann. Es gibt die unterschiedlichsten Ansätze, wie Quantenbits physikalisch realisiert werden können: Mit Lichtteilchen (Photonen), gefangenen Ionen oder Atomen, oder supraleitenden Elementen. Man kann sich aber auch den Zeiger einer Uhr vorstellen, der waagrecht oder senkrecht oder irgendwo dazwischen stehen kann. Quantenbits haben nicht die beiden oben genannten Eigenschaften von klassischen Bits. Denn für sie gelten die Gesetze der Quantenphysik und nicht die der klassischen Mechanik, das bedeutet konkret: Erstens verändert der Messvorgang Quantenbits. Wird ein Quantenbit gemessen, so liefert das den Wert „0“ oder „1“, aber niemals etwas dazwischen. Das Messergebnis ist zufällig. In der Vorstellung mit dem Uhrzeiger ist die Wahrscheinlichkeit für den Messwert „0“ umso größer, je waagrechter der Zeiger vor der Messung stand.

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