Quantenforschung
Kooperationen für die Technologie von morgen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
IBM-Hintergrund: Der Quantencomputer
Das Konzept eines Quantencomputers klingt zunächst gleichermaßen einfach wie verwirrend: Die grundlegendste Information, die ein heutiger Computer versteht, ist das Bit, das bekanntermaßen den Wert „0“ oder „1“ darstellen kann. Quantencomputer dagegen arbeiten mit sogenannten Quantenbits (Qubits), die mit physischen Teilchen realisiert werden, zum Beispiel einem Atom, Elektron oder Photon. Qubits unterliegen der Quantenphysik. Sie können neben den Zuständen „0“ und „1“ auch beide Zustände gleichzeitig annehmen. Diese besondere Eigenschaft wird als Superposition bezeichnet. Die zweite wichtige Eigenschaft ist, dass mehrere Qubits miteinander durch die sogenannte Quantenverschränkung agieren können. Dabei lässt sich der kombinierte Gesamtzustand mehrerer Qubits beschreiben, aber nicht mehr durch Kombination der einzelnen Qubits definieren. Anhand dieser beiden Eigenschaften der Quantenphysik, Superposition und Verschränkung, lassen sich Quantencomputer realisieren, die bestimme Berechnungen um ein Vielfaches schneller als konventionelle Computer durchführen können.
Das Problem: Quantenzustände sind sehr empfindlich, da die für Qubits verwendeten Teilchen bei der Wechselwirkung mit Materie, Wärme, Geräuschen, Vibrationen oder elektromagnetischer Strahlung ihre Information verlieren. Deshalb besteht diese Superposition – auch Überlagerungszustand genannt – nur für wenige Mikrosekunden, in denen die Daten für eine Rechenoperation in den Quantencomputer eingelesen, berechnet und wieder ausgegeben werden müssen. Die große Herausforderung liegt also darin, den Quantencomputer von Störungen fernzuhalten, aber gleichzeitig zu steuern – was letztlich auch wieder eine Störung darstellt.
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