Der Hype um Quantencomputer

Spätestens nachdem im Juni 2021 der erste Quantencomputer in Deutschland eingeweiht wurde, ist ein regelrechter Hype um Quantencomputer entstanden. IBM und die Fraunhofer-Gesellschaft betreiben gemeinsam den IBM Quantum System One, den leistungsstärksten Quantencomputer in ganz Europa. Doch wie funktionieren diese überhaupt und warum lösen Quantencomputer so einen Hype aus?

Der Hype um Quantencomputer begründet sich darin, dass diese als zukünftige Schlüsseltechnologie gesehen werden. Es wird den Quantencomputer zugeschrieben Probleme zu lösen, die aktuelle Supercomputer nicht bewältigen können. Beispielsweise sollen Quantencomputer zur Simulation von Wechselwirkungen in Molekülen eingesetzt werden oder in Anwendungen von Künstlicher Intelligenz und zur Verarbeitung von Big Data. Wie bereits vor 50 Jahren - als herkömmliche Computer die Labore verließen, um in den Alltag einzuziehen – können wir viele Anwendungsmöglichkeiten von Quantencomputernheute noch nicht vorhersagen.

Vom Bit zum Qubit

Quantencomputer arbeiten im Gegensatz zu herkömmlichen Computern, Smartphons und -watches oder Taschenrechnern, nicht mit Bits, sondern mit Qubits. Ein Bit kennt zwei Zustände, entweder 1 oder 0. Quantencomputer hingegen machen sich die Gesetze der Quantenmechanik zu Nutze. Ein Quanten-Bit, also Qubit, kann neben den bekannten zuständen 1 oder 0 auch unendlichviele Zustände dazwischen einnehmen. Dadurch besitzen die Qubits einen exponentiellen Vorsprung vor den herkömmlichen Bits. Um die Zahlen von 0 bis 3 darzustellen waren bisher zwei Bits notwendig und es konnten nur eine Zahl dargestellt werden. Die Bits [0,0] ergeben die Zahl 0, mit der Kombination [0,1] kann die Zahl 1 dargestellt werden, mit [1,0] die Zahl 2 und mit [1,1] die 3. Da aber ein Qubit unendlich viele verschiedene Zustände gleichzeitig annehmen kann, können die vier unterschiedlichen Kombination für die Zahlen 0 bis 3 von nur einen Qubit dargestellt werden. Dadurch wird der Quantencomputer um einiges schneller. Wird davon ausgegangen, dass ein Qubit nur zwei Zustände gleichzeitig annehmen kann, würde sich die Anzahl der gleichzeitig darstellbaren Zustände mit jedem hinzukommenden Qubit verdoppeln.

Was ist ein Quant?

Ein Quant ist der kleinstmögliche Wert einer physikalischen Größe und kann nicht geteilt werden, sondern nur als Ganzes erzeugt werden. Quanten werden von Physikern heut noch nicht vollständig verstanden, die Gesetzmäßigkeiten der Quantenmechanik unterscheiden sich grundlegend in der mathematischen Struktur von der klassischen Physik. Das einfachste vorzustellende Beispiel für ein Quant ist das Photon bzw. Lichtteilchen einer elektromagnetischen Welle (sichtbarem Licht).

Das erste Quantenbetriebssystem auf einem Chip

Der IBM Quantum System One soll eine Grundfläche von dreimal drei Meter und eine höhe von drei Metern einnehmen. Neben dem Volumen, das ein Quantencomputer einnimmt, ist der Betreib, mit einer Kühlung nahe dem absoluten Nullpunkt, aufwendig. Dem in Cambridge verorteten Startup Riverlane ist es zusammen mit dem Quantenunternehmen Seeqc gelungen, dass erste Quantenbetriebssystem auf einem Chip zu bringen. Das System trägt den Namen Deltaflow.OS und benötigt somit nur einen Bruchteil des Platzbedarfs. Riverlane verfolgt die Vision ein auf Millionen Qubits skalierbares und portables Betriebssystem zu verwirklichen. Durch eine standardisierte Schnittstelle sind alle, der vier führenden Qubit-Technologien, mit Deltaflow.OS kompatibel. Darunter zählen die Quanten-Hardware-Technologien gefangene-Ionen-Qubits, supraleitende Qubits, Silizium-Qubits und photonische Qubits. Um Deltaflow.OS auf den Markt zu bringen, erhielten Riverlane und ein von ihnen geleitetes Konsortium 7,6 Millionen Pfund von der britischen Regierung. Deltaflow.OS soll auf allen Quantencomputern im vereinigten Königreich installiert werden. Mit Deltaflow.OS ist es Riverlane gelungen, ihrer Vision ein Stück näher zu kommen.

Innovation vom
July 27, 2021
Informatik
Trendberater

Nils Wieland

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