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Hoffnung, Rätsel, heiliger Gral: der Quantencomputer

Von Michael Schäfl  12. November 2021 00:04 Uhr

Hoffnung, Rätsel, heiliger Gral: der Quantencomputer
Richard Küng bekam Jobangebote von Google, Amazon und IBM. Aktuell forscht er an der Linzer Kepler-Uni.

LINZ. Er gilt als Instrument der Zukunft, doch wie funktioniert der neue Computer eigentlich?

Wenn es um die technologische Zukunft geht, taucht immer wieder ein Begriff auf: der Quantencomputer. Richard Küng ist "Nachwuchsprofessor" an der Linzer Kepler-Universität. Der 33-Jährige, der Jobangebote von Google, Amazon und IBM erhielt, erklärt im OÖN-Interview, welche Revolution der Quantencomputer einläuten wird, wie er funktioniert und wo er überhaupt eingesetzt werden kann.

OÖNachrichten: Der Quantencomputer ist so etwas wie der heilige Gral der Computerwissenschaft. Doch was ist er überhaupt?

Richard Küng: Der Quantencomputer ist sicher nicht die nächste Generation der Supercomputer. Nicht der allmächtige Bruder des klassischen Computers. Es verhält sich mehr wie bei einer Grafikkarte. Ein Instrument, das nur dafür gebaut wurde, etwas sehr Spezifisches sehr gut zu können, nämlich Grafikrechnungen. Dafür ist sie schlecht in anderen Bereichen. Ähnlich spezialisiert ist der Quantencomputer.

Und worauf spezialisiert?

Das Lösen extrem komplizierter Rechenbeispiele. Das Multiplizieren zweier Zahlen ist für keinen Computer ein Problem, aber liefert man ihm jetzt ein großes Produkt aus zwei Primzahlen und fordert ihn auf, eben diese Primzahlen zu finden, ist das viel schwieriger. Da brauchen alle Computer schnell mal Ewigkeiten. Der Quantencomputer soll genau solche Probleme schneller lösen.

Wie ist der Quantencomputer aufgebaut?

Wie der klassische Computer besteht er aus Hardware und Software. Aber die Hardware macht den Unterschied. Die Art und Weise, wie Information übermittelt wird. Geschieht das beim Computer elektrisch, werden die Infos beim Quantencomputer in einzelne Atome oder Lichtteilchen kodiert.

Was sind Quanten, die dem Computer seinen Namen geben?

Quanten sind etwas sehr Unbestimmtes. Tatsächlich sind Quanten kein Gegenstand wie etwa ein Mikrochip. Sie sind nur durch Wahrscheinlichkeiten beschrieben. Sie werden erst fixiert, wenn wir sie messen. Wenn ich Quanten beobachte, weiß ich also nicht, ob das Ergebnis X oder Y sein wird.

Wenn ein Computer mit Quanten rechnet, weiß man also nicht, ob wirklich 1+1=2 rauskommt?

Ein Quantencomputer wird nur selten 1+1=2 rechnen. Er wird mehr eine Bandbreite aller möglichen Zahlen bieten.

Wie funktioniert ein Quantencomputer?

Klassische Computer verwenden Bits, um Probleme zu lösen, sie teilen die Welt in Nullen und Einsen ein. Quantencomputer nutzen dagegen Qubits, die wie bereits erwähnt mehrere Werte gleichzeitig annehmen können.

Was können Anwendungsbereiche dieses speziellen Computers sein?

Wir entwickeln aktuell Algorithmen für einen Computer, den es so noch gar nicht gibt. So wie die Informatiker in den 1930er Jahren. Ein mögliches Anwendungsfeld wäre etwa die Herstellung von Medikamenten. Müssen Chemiker jetzt noch unterschiedliche Reagenzien mischen, um Effekte zu erforschen, kann diese Versuche künftig ein Quantencomputer machen. Er kann alle möglichen Substanzen kombinieren und simulieren, was passieren wird. Aber die Forschung steckt noch in den Kinderschuhen. Und mit Supercomputern und künstlicher Intelligenz haben wir auch sehr starke Konkurrenz.

Brauchen wir den Quantencomputer dann überhaupt?

Das ist eine sehr gute Frage. Aber es gibt unzählige Probleme, die nicht einmal Supercomputer lösen können. Bei einigen davon wissen wir, dass Quantencomputer den Durchbruch liefern könnten. Und diese Probleme sind für uns Wissenschaftler ziemlich interessant.

Kann der uns bekannte klassische Computer überhaupt noch weiterentwickelt werden?

Die Entwicklung der Mikrochips ist ja spektakulär. Alle paar Jahre wird die Leistungsfähigkeit verdoppelt, aber die Größe nimmt im Gegenzug massiv ab. Irgendwann steht man aber auf atomarem Level an, dann kann man die Komponenten nicht noch kleiner machen. Es gibt so etwas wie eine radikale, undurchdringliche Glaswand. Aber wir wissen eben nicht, wie weit die noch weg ist.

Wann wird es den ersten Quantencomputer geben?

Google hat momentan den größten und am besten funktionierenden Quantencomputer. Der eigentliche Chip ist relativ klein, wie eine Briefmarke. Doch die Maschine herum ist enorm und steht in einem riesigen Kühlschrank. Denn sie braucht Temperaturen rund um 400 Millikelvin – das ist um fast drei Grad kälter als der Weltraum, wo es minus 270 Grad Celsius hat. Der Google-Computer macht aber noch relativ viele Fehler und arbeitet nur mit 53 Qubits. Und 53 Informationseinheiten sind leider noch zu wenig, um wirklich interessante Probleme anzugehen.

Die Wissenschaft träumt vom leistungsstarken Quantencomputer. Was aber, wenn dieser nicht gebaut werden kann?

Das ist natürlich eine Möglichkeit, aber eine interessante. Von unserem heutigen Stand des Wissens aus sollte es eigentlich keine fundamentalen Hürden mehr geben. Wenn wir trotzdem scheitern, dann könnte unser bekanntes Bild der Physik auf den Kopf gestellt werden.

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Artikel von

Michael Schäfl

Redakteur Land und Leute

Michael Schäfl
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