Was ist ein Quantencomputer?
Ein Quantencomputer ist ein Gerät, das quantenmechanische Phänomene ausnutzt, um Algorithmen auszuführen. Da Quantencomputer grundlegend andere Berechnungseigenschaften als herkömmliche Computer haben, werden in Quantencomputern gespeicherte Daten eher als Qubits als als Bits bezeichnet. In herkömmlichen Computern werden Daten durch mikroskopische Rillen auf einer Festplatte dargestellt. In einem Quantencomputer werden Daten durch die Quanteneigenschaften eines gegebenen Moleküls oder einer gegebenen Menge von Molekülen dargestellt.
Anstatt Berechnungen durchzuführen, indem Daten von einer Festplatte abgerufen und unter Verwendung einer mit Logikgattern gefüllten integrierten Schaltung verarbeitet werden, verarbeiten Quantencomputer Daten, indem sie das informationshaltige Molekül mit kurzen Strahlungsimpulsen bombardieren. Jeder Beschusszyklus repräsentiert eine algorithmische Operation der im Molekül enthaltenen Daten. Wenn der Algorithmus beendet ist, wird der Quantenzustand des Moleküls gemessen, ein Prozess, der selbst das Endergebnis beeinflusst. Dies liegt an der grundsätzlichen Unsicherheit der Quantenmechanik.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, werden Quantenberechnungsalgorithmen mehrmals ausgeführt und der gewichtete Durchschnitt der Ausgabe nähert sich asymptotisch der richtigen Antwort. Da quantenmechanische Phänomene eher wahrscheinlicher als deterministischer Natur sind, ist eine eindeutige Antwort auf den ersten Versuch nicht möglich.
Quantencomputer besitzen bestimmte Fähigkeiten, die klassischen Computern fehlen. Quantum Computing ermöglicht die schnelle Faktorisierung großer Zahlen (eine explizite Bedrohung für herkömmliche kryptografische Techniken), die genauere Simulation von Quantenphänomenen und eine sehr effiziente Datenbanksuche.
Für jeden Suchraum der Größe n Knoten, in dem jeder Knoten eine mögliche Lösung für ein Problem darstellt, gibt es nur eine mögliche Lösung, und jeder Knoten muss einzeln auf Eigenschaften überprüft werden, die einer korrekten Lösung entsprechen. Bei herkömmlichen Computern entspricht die durchschnittliche Suchzeit der Zeit, die zum Überprüfen jedes Knotens benötigt wird, multipliziert mit der Anzahl der Knoten ( n ) geteilt durch zwei (wahrscheinlich wird die Lösung nach etwa der Hälfte der Suche gefunden). In Quantencomputern ist die durchschnittliche Suchzeit die Zeit, die benötigt wird, um jeden Knoten mal die Quadratwurzel von n zu überprüfen. Dies bringt einen enormen Vorteil mit sich, der sich erst dann bemerkbar macht, wenn wir über größere Probleme nachdenken.
Es ist noch nicht möglich, sich alle Anwendungen von ausgereiften Quantencomputern vorzustellen. Die größte Anzahl von Qubits, die jemals in einem Quantencomputersystem enthalten waren, ist 7. Da die Forschung im Bereich des Quantencomputers mit einer Fördersumme von mehreren Millionen Dollar rasant weitergeht, ist es nur eine Frage der Zeit, bis ein kritischer Durchbruch eintritt und beeindruckende Anwendungen erfunden werden.