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Quantencomputer werden in Zukunft mehr und mehr an Bedeutung gewinnen: Weltweit werden enorme Summe für die Forschung und Entwicklung der Zukunftstechnologie zur Verfügung gestellt. Auch Deutschland kann vom Quantum Computing profitieren. Ursprünglich als Idee von den beiden IBM-Forschern Rolf Landauer und Charlie Bennet formuliert, hat sich Quantum Computing von einem Gedankenspiel in den 1960er und 70er Jahren weit entwickelt. Die ersten fragilen Qubits kamen Ende der Achtziger zum Einsatz. Sie sind das Herzstück des Quantencomputers: Können Bits in einem gewöhnlichen Computer nur die Werte 0 und 1 annehmen, sind Qubits kohärent, das heißt, sie sind einem Zwischenzustand, bis sie sich für einen Wert entscheiden. Dadurch können Quantencomputer wesentlich komplexere Rechnungen durchführen, als es gewöhnlichen Computern möglich ist. Seitdem wurde die Technologie kontinuierlich verbessert, bis 2017 klar wurde, dass die Zusammenführung von Entwicklern und Nutzern in Kollaborationsplattformen den Durchbruch bringen wird.

Wie funktioniert ein Quantencomputer?

Quantencomputer basieren auf quantenmechanischen Prinzipien. Die Prozesse folgen also keinem festen Ablauf mit einem klaren Ergebnis, stattdessen nimmt ein Quantencomputer ein „Quanten-Experiment“ vor, das häufig wiederholt werden muss. Wenn das Experiment bzw. der Algorithmus richtig funktioniert, liefert es statistisch signifikante, spezifische Ergebnisse, die häufiger als andere mögliche Ergebnisse auftreten. Quantencomputer sind also non-deterministisch. Allerdings kann ein Qubit seine Kohärenz verlieren. Zwar werden die Systeme so gut wie möglich abgeschottet, zum Beispiel durch Kühlung, Vakuum oder elektromagnetische Schirmung, dennoch können äußere Einflüsse nicht komplett ausgeschlossen werden. Trotz dieser zwei Faktoren – des non-Determinismus und des Kohärenzverlusts – können zuverlässig arbeitende Algorithmen entwickelt werden. Mit einer kleineren Anzahl von Qubits kann diese Zuverlässigkeit bewiesen werden, und mit steigender Zahl erwarten wir, dass mit einem Quantencomputer in Zukunft Probleme gelöst werden können, an denen traditionelle Computertechnologien scheitern.

Die Zukunft der Quantencomputer

Ursprünglich sollten mit Quantencomputern physikalische Prozesse auf atomarer Ebene simuliert werden. Quantencomputer stellen heute und auch in Zukunft Materialsimulationen in den Fokus: bei der Batteriechemie, der Verbesserung der Energie-Effizienz von Herstellungsprozessen und der Molekularforschung in der Pharmabranche. Zudem können bestimmte Arten von mathematischen Problemen in Quantenäquivalente übersetzt werden. Dies führte zur Entwicklung einer Reihe von Algorithmen im Bereich Optimierung und Machine Learning. Außerdem ist es möglich, Probleme aus der mathematischen Netzwerkanalyse in Quanten-Äquivalente zu übersetzen. In Zukunft kann ein Quantencomputer also überall dort, wo solche Probleme in mathematische Modelle überführt werden können, Auswirkungen haben: in der Finanzbranche, dem Handel, der Logistik, Chemie, Pharma, bei Versicherungen, im Maschinenbau oder in der Produktion.