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Thema der Woche|Quantencomputer www markttechnik de Nr 25 2021 18 für Fahrzeuge in einem großen Lager zu finden Genauso eignen sie sich dazu komplexe Molekülstrukturen schnell zu berechnen wozu heutige Systeme viel zu lange brauchen Das wiederum lässt Ralph Dammel hoffen »Wir tragen mit unseren Materialien nicht nur dazu bei Quantencomputer realisieren zu können wir können die Quantencomputer auch umgekehrt dazu einsetzen leistungsfähigere Materialien und Materialien mit völlig neuen Eigenschaften zu entwickeln « Sowohl für den Einsatz in der Elektronik als auch um wirksame Medikamente und pharmazeutische Produkte schneller auf den Markt zu bringen was dann wiederum für Merck als Gesamtunternehmen interessant ist Aber ist das im Moment eine realistische Einschätzung? Oder anders gefragt Gibt es derzeit Quantencomputer die Verschlüsselungen knacken oder komplexe Moleküle für die Pharmazie berechnen können? Die einfache Antwort ist nein Denn allein für die Anwendung in der Kryptografie wären laut Dammel mindestens 1000 Qubits erforderlich »Heute sind wir bei 60 Qubits angelangt die über einen genügend langen Zeitraum stabil gehalten werden können um ein paar Sekunden mit ihnen zu rechnen « Diese Kohärenzzeit – der Zeitraum über den sich die Qubits in einem verschränkten Zustand befinden – ist eines der wichtigsten Kriterien für einen Quantencomputer Denn zerfällt der Kohärenzzustand dann sind die vielen Informationen die in diesem Zustand verschränkt vorhanden waren und hätten ausgelesen werden können für alle Zeiten verloren Leider genügen allerkleinste Störungen von außen – minimale Temperaturschwankungen mechanische Erschütterungen Störstrahlungen – um den fragilen Zustand der Kohärenz zu zerstören Deshalb werden die Quanten-Arrays fast auf den absoluten Nullpunkt 20 mK abgekühlt um Störungen durch die Temperaturbewegungen der Atome zu minimieren Außerdem muss die Apparatur von der Außenwelt gut abgeschirmt werden Dadurch kann die Kohärenzzeit verlängert werden Das ist mit wenigen Qubits einfacher als mit vielen und das ist ein Grund dafür warum heutige Quantencomputer über 60 Qubits nicht hinauskommen Derzeit liegen die Kohärenzzeiten bestenfalls bei einigen tausendstel Sekunden Quantensimulatoren sind schon relativ weit Es gibt aber noch eine weitere Methode um dennoch zu Rechenergebnissen zu kommen Verlieren nur wenige Qubits den Zustand der Verschränktheit so lässt sich über Fehlerkorrekturalgorithmen der Schaden begrenzen Dann liefern Quantencomputer immer noch Ergebnisse die mit hoher Wahrscheinlichkeit richtig also in der Praxis brauchbar sind Nebenbei Wer sich an der Wahrscheinlichkeit stört muss lernen sich daran gewöhnen denn eines ist den Quantenrechnern inhärent Sie liefern keine exakten Ergebnisse sondern Wahrscheinlichkeiten Die Wahrscheinlichkeit kann so hoch sein dass sie einem exakten Ergebnis sehr nahekommt Allerdings Es sind leider viel mehr Qubits für die Fehlerkorrektur erforderlich als für die eigentliche Rechnung sodass bei vielen Qubits der Aufwand enorm steigt Laut Dr Michael Marthaler CEO und Mitgründer von HQS Quantum Simulations in Karlsruhe sind zwischen 500 000 und 50 · 10 6 Qubits erforderlich um mit 100 logischen Qubits rechnen zu können In der Praxis versucht man also die Kohärenzzeit und die Fehlerkorrekturalgorithmen sowie die Anzahl der Qubits in ein Verhältnis zu bringen das der zu bewältigenden Aufgabe angemessen ist Bil d Riv er la ne Bi ld I BM Übersicht über die Welt des Quantencomputing Blick in einen Quantencomputer von IBM