Quantum Computing – eine revolutionäre Technologie
Computerleistungen haben sich in den Jahren seit Bestehen dieser Rechner geradezu unglaublich gesteigert. Wo früher ganze Fabrikhallen notwendig waren, um nach heutigen Maßstäben einfache Rechenleistungen zu erbringen, können wir heutzutage schon mit unseren Smartphones komplexe Aufgaben erledigen. Doch das Ende der Fahnenstange soll noch lange nicht erreicht sein, denn dank einer neuen Technologie namens “Quantum Computing“ könnte auch die aktuelle Leistungsfähigkeit digitaler Geräte bald „alt“ aussehen. Quantum Computing wäre gleichzeitig der Beginn eines neuen Computer-Zeitalters, denn wenn wir heute noch davon ausgehen, dass zukünftig nahezu alles „digital“ vernetzt sein wird, so wird das im Quantum-Zeitalter im engeren Sinne gar nicht mehr der Fall sein. Während die digitale Technologie noch auf den Grundlagen der klassischen Physik beruht, dringt die Quantenphysik bzw. -mechanik in weit abstraktere Bereiche vor, in denen Prozesse ablaufen, die bisher weitgehend nur theoretisch dargestellt werden konnten.
Die kleinste Einheit, die im klassischen Computerwesen wirkt, ist das Bit. Ein Bit repräsentiert stets einen von zwei absoluten Zuständen, die als “0“ oder “1“, “an“ oder “aus“ beschrieben werden können. Quantum Computer funktionieren auf der Basis des sogenannten Qubit, einer weitaus kleineren Einheit als dem Bit, das zudem keinen eindeutigen Zustand aufweist, sondern sich gleichzeitig in mehren Zuständen, sogenannten Superpositionen, befinden kann und zusätzlich mit anderen Qubits verbunden („verschränkt“) ist. Mit jedem Qubit mehr steigert sich die Leistung eines Computers exponentiell. Das ermöglicht es Quantencomputern gleichzeitig unzählige Rechenvorgänge laufen zu lassen und das macht sie so leistungsfähig – bis zu mehrere Millionen mal mächtiger! – und zudem energiesparend gegenüber klassischen Computern.
Leistungsfähigere Computer – das klingt zunächst mal so, als könne man die bisher machbaren Dinge damit einfach schneller erledigen. Aber die Fähigkeiten eines Quantum Computers werden weit darüber hinaus gehen, weil es hier nicht nur um Schnelligkeit geht, sondern vor allem auch um Vernetzung. Wenn wir heute von Big Data, selbstorganisierten Systemen, Industrie 4.0, Künstlicher Intelligenz o.ä. reden, dann sind das Entwicklungen, die gerade im Aufkeimen sind und die große Herausforderungen darstellen. Mit Quantencomputern könnten diese Dinge nicht nur schneller und effizienter ablaufen, sie würden sogar in ganz neue Sphären vordringen. Wenn riesige Datenmengen nicht nur in kurzer Zeit durchdrungen werden können, sondern aus ihnen Zusammenhänge abgeleitet werden können, die bisher einfach nicht erkannt werden konnten, dann wird dies in vielen Bereichen revolutionäre Entdeckungen mit sich bringen, sei es in der Medizin, der Finanzwelt, der Klimaforschung, bei der Steuerung komplexer Prozesse und vielem mehr.
Aber wie bereits erwähnt ist vieles, was durch Quantum Computing bewerkstelligt werden könnte, theoretisch darstellbar, die praktische Umsetzung ist jedoch äußerst schwierig, weil der Zustand der Superposition äußerst fragil ist. Die Global Player des Computerwesens – allen voran Google, IBM, Microsoft und Intel – sowie namhafte Forschungseinrichtungen und staatliche Institutionen liefern sich einen regelrechten Wettlauf darum, einen stabil funktionierenden Quantencomputer zu entwickeln. Das Ziel dieses Wettlaufs besteht darin, als Erster die Überlegenheit eines Quantum Computers, auf Englisch “quantum supremacy“, praktisch unter Beweis zu stellen. Dabei scheinen größere Fortschritte gemacht zu werden, als man noch vor wenigen Jahren für möglich gehalten hat. Trotzdem wagt derzeit niemand eine feste Aussage darüber, wann erste Quantum Computer zuverlässig laufen werden.
Und es gibt auf dem Weg zum Quantencomputer auch noch viel mehr Probleme als nur dessen Entwicklung. Wie schützt man beispielsweise klassische Computer und IT-Systeme, wenn es erst einmal Quantum Computer gibt? Schließlich werden Letztere jedes herkömmliche Computersystem mit Leichtigkeit hacken können. Ein Quantencomputer wird die Leistung von vielen Tausenden Computern in den Schatten stellen – wie wird man mit der dadurch entstehenden Chancen-Ungleichheit umgehen? Und wie kann man verhindern, dass die Super-Leistungsfähigkeit der neuen Computer für kriminelle Zwecke eingesetzt wird? Antworten auf diese Fragen zu finden, könnte dringlicher sein als gedacht, denn obwohl sich niemand festlegen will, wann genau es zuverlässige Quantencomputer geben wird, ist klar, dass dies in nicht allzu weit entfernter Zukunft der Fall sein wird. Es bleibt jedoch die Hoffnung, dass Quantum Computing ungeahnte Lösungen für die Probleme unseres Planeten bieten wird, sofern es gelingt den Missbrauch der in diesen Computern steckenden Macht zu verhindern.