Quantencomputing  – was ist das und was wird dafür benötigt?

Seit den 1990er Jahren gibt es bereits funktionierende Quantencomputer. Allerdings befindet sich die Quanteninformatik noch weitgehend im Stadium der Grundlagenforschung. Um einen Quantencomputer zu bauen, benötigt man stabile Qubits, spezielle Hardware zur Erzeugung und Manipulation dieser Qubits und Quantenalgorithmen, um nur die wichtigsten Komponenten zu nennen. In diesem Blogartikel erfahren Sie, was sonst noch nötig ist, um diese Technologie voranzubringen und bedeutende Durchbrüche zu erzielen.   

Die grundlegenden Gesetze der Quantenphysik wurden Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckt und seither bedeutende technologische Fortschritte gemacht. Obwohl Schrödingers Gleichung bereits in den 1920er Jahren zur Verfügung stand, gelang es nicht, sie so zu interpretieren und zu nutzen, wie dies heute in der Quanteninformationstheorie verstanden wird. Viel wichtiger war damals die Entwicklung des konventionellen Digitalcomputers, der zunächst hardwaremäßig mit diversen großen elektronischen Bauteilen und Kabeln realisiert wurde.  

Extrem schnell dank Qubits anstelle von Bits

Da die klassische Digitaltechnik heute so weit fortgeschritten ist, können wir uns nun der faszinierenden Welt der Quantentechnologie widmen. Dies wird besonders im Bereich des Quantencomputings deutlich, wo wir versuchen, einen exponentiellen Vorteil in der Rechentechnik gegenüber der klassischen Technik zu erzielen. Ein Quantencomputer mit Qubits erreicht eine wesentlich höhere Rechenleistung als ein herkömmlicher Computer mit Bits und hat daher das Potenzial, komplexe Berechnungen extrem schnell durchzuführen. 

Quantenparallelität, Quantenverschränkung und Quantenunsicherheit sind nur einige der Phänomene, die uns die Natur zur Verfügung stellt, um sie zu nutzen. Die bekannteste Idee im Bereich der Quantenalgorithmen beginnt mit dem Vorbereiten eines Quantenzustands, d. h. eines Zustands der Realität, der sich in der Überlagerung zweier möglicher Ergebnisse befindet. Dieser Zustand wird als Quantenbit oder Qubit bezeichnet. Dieses Qubit oder eine Gruppe von Qubits wird manipuliert, um einen bestimmten resultierenden Zustand zu erhalten, aus dem nützliche Ergebnisse für eine Rechenaufgabe gewonnen werden können.

Benötigte Komponenten für einen Quantencomputer

1. Die Erzeugung von Qubits ist technisch komplex und ressourcenintensiv und hängt von der verwendeten Qubit-Technologie ab. Um einen Quantenzustand zu erzeugen, benötigen wir zunächst alle notwendigen Geräte, um Qubits zu erzeugen – was keine leichte Aufgabe ist. Eine Reihe von Komponenten zusammenzustellen, die zu einem nahezu perfekten Qubit-Zustand führen, erfordert viel Wissen, Zeit und damit auch Kapital.
   
   
2. Darüber hinaus benötigt man, sobald man ein stabiles Qubit hat, auch die entsprechende Hardware, um die gewünschte Manipulation der Qubits zu ermöglichen. Die Hardware kann auf verschiedene Weise realisiert werden: Gerechnet werden kann mit den Zuständen von Photonen, Atomen, Supraleitern, Ionen und vielen anderen. 
   
   
3. Auch wenn man das Qubit und die Hardware vorbereitet hat – man braucht einen gültigen Algorithmus. Der Algorithmus ist entscheidend, um Probleme wirtschaftlich, schnell und sinnvoll zu lösen oder zu simulieren und die Ergebnisse bestmöglich zu interpretieren. 

Vor diesem Hintergrund ist eine Zusammenarbeit notwendiger denn je, um alle Teile der Wertschöpfungskette miteinander zu verbinden. Innovationen sowie Projekte, die diese zur technologischen Marktreife bringen, sind ein Muss für die Quantentechnologie. Durch die bei EurA vorhandenen Innovationsnetzwerke können wir den Fokus darauf legen. Der Austausch von Ideen, Kommunikation, Unterstützung, Workshops, Strategieentwicklung und schließlich die Wahl von Finanzierungsinstrumenten, um das Ziel der Umsetzung zu erreichen, gehören zu den effektivsten Möglichkeiten, ein innovatives Projekt ins Leben zu rufen. Von besonderer Bedeutung ist die internationale Zusammenarbeit, die deutlich macht, dass die Vielfalt der Ideen letztlich zur optimalen Umsetzung führt.

Diese Entwicklung mit Kreativität und gebündeltem Fachwissen voranzutreiben, ist genau das Ziel der von EurA geleiteten Quanteninnovationsnetze: Quompute, EnQuTech und iQuSense. Diese Innovationsnetzwerke sind es, die zusammen mit den richtigen Finanzierungsinstrumenten diesen Technologieschritt gelingen lassen können. Helfen Sie mit, die Quantenzukunft Wirklichkeit werden zu lassen, und kontaktieren Sie das Team für Quantentechnologien bei EurA. Wir sind davon überzeugt, dass die Quantenzukunft der Menschheit ein besseres Morgen bringt! #quantumisfuture

Text: Mevludin Licina