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Fokus www markttechnik de Nr 9 2024 18 Die hohen bewilligten Forschungsgelder lassen zwei Schlüsse zu beide befeuern das Rennen um einen einigermaßen praxistauglichen Quantenprozessor • Für das Quantencomputing existieren sehr konkrete Ansätze – aber die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen • Beim Quantencomputing geht es um einen potenziell riesigen Markt Wichtig ist daher eine hohe Geheimhaltung Jede Weitergabe von Wissen oder Ideen könnte die Wettbewerber beflügeln Im Labor werden derzeit Rechenprozesse erforscht die auf die jeweiligen Versuchsaufbauten abgestimmt sind Der Quantenprozessor von IBM in Baden-Württemberg der 2021 seinen Betrieb aufnahm arbeitet beispielsweise mit 27 supraleitenden Qubits dem Äquivalent der Recheneinheit Bit im klassischen Computer Zum Vergleich Der größte öffentlich bekannte Quantenprozessor verfügte im November 2021 laut Wikipedia über 127 Qubits und ein Jahr später über 433 Qubits Einfachere Laboraufbauten schafften es immerhin mit 7 Qubits die Zahl 15 in ihre Primzahlen 3 und 5 zu zerlegen Neben der Anzahl von Qubits die zum Einsatz kommen ist es für den Versuchsaufbau wichtig eine geringe Fehlerquote zu garantieren Denn nur wenn es gelingt das Quantensystem möglichst lange in einen stabilen Zustand zu bringen entsteht beim Auslesen der Ergebnisse eine hohe Aussagekraft siehe Kasten »Grover-Algorithmus« Deshalb hält sich auch hartnäckig die Meinung Quantenprozessoren seien fehleranfällig und nur mäßig skalierbar Aufgrund fehlender standardisierter Hardware von Quantenprozessoren gibt es wenig konkrete Aussagen zur Qualität der diskutierten Algorithmen Allerdings zeigen theoretische Studien dass mit Quanteneffekten bestimmte Probleme der Informatik wie das Durchsuchen von riesigen Datenbanken Grover-Algorithmus s Kasten oder das Zerlegen von großen Zahlen in Primzahlen Shor-Algorithmus siehe Kasten wesentlich effizienter erledigt werden können Quantensysteme können zahlreiche Zustände gleichzeitig annehmen Daher können solche Aufgabenstellungen mit einer wesentlich geringeren Rechenzeit bewerkstelligt werden als mit traditionellen Computern Das mag dann auch für weitere mathematische oder physikalische Problemstellungen mit großen Datenmengen anwendbar sein Die Quantentheorie ist nicht nur die Physik im Kleinen sie ist auch die Physik der Möglichkeiten und der Beziehungen Sie zeigt beispielsweise dass Möglichkeiten bereits in der unbelebten Natur reale Wirkungen erzeugen Ein Quantenzustand umfasst gleichzeitig eine Fülle von Möglichkeiten die alle mit diesem Zustand verträglich sind Dieses Spektrum von Zuständen die gleichzeitig existent sind und gleichzeitig gehandhabt werden ist der Grund für die große und schnelle Rechenleistung von Quantensystemen und damit die Basis für Berechnungen im Quantencomputing Eine weitere Tatsache der Quantenphysik ist die Superposition oder die Überlagerung von Quantenzuständen die selbst wieder zu Quantenzuständen werden Ein Quantenprozessor nutzt damit den Vorteil dass neben einem vorhandenen Quantenzustand gleichzeitig auch alle anderen damit verträglichen Quantenzustände erfasst sind Mehr zu den Grundlagen der Quanteneffekte und wie Quantenprozessoren eigentlich funktionieren finden Sie unter www robologs com quantenrechner ha Wissenschaft der Möglichkeiten Bild 2 Prinzip des äußeren photoelektrischen Effekts Die Bestrahlung mit kurzwelligem Licht löst Elektronen aus einer Oberfläche heraus Auf diesem Effekt beruht jede Solarzelle Bi ld Ene rg ie -e xp er te n or g Bild 3 Innenleben eines Quantencomputers Bild IBM Computing und Quantencomputing gehören zusammen Häufig wird allein vom Quantencomputer gesprochen – ohne zu erwähnen dass Quantencomputing nicht ohne traditionelle Rechner auskommt Auch wenn der Quantenprozessor das gesuchte Ergebnis schneller liefert als jedes konventionelle Rechenzentrum Um ihn ansteuern und seine Ergebnisse auswerten und weiterverarbeiten zu können benötigt man traditionelle Rechnereinheiten Daher werden die beiden Rechneroder Prozessorarten in Symbiose miteinander leben müssen