IT und Quantencomputer

Quantencomputer verwenden Techniken zur Manipulation von Quantenobjekten, um Rechenoperationen auszuführen. Als Quantenobjekte können Photonen, Elektronen, Atome, Moleküle oder speziell konstruierte Makrostrukturen zum Einsatz kommen, deren Eigenschaften sich durch die Gesetze der Quantenmechanik beschreiben lassen. Quantentechnologien ermöglichen die Interaktion mit solchen Objekten in informationslogischen Einheiten, genannt Quantenbits oder Qubits.

Quantencomputer arbeiten ganz anders als gewöhnliche Computer, deren Architektur auf linearen Algorithmen und binärer Logik basiert. Es handelt sich um eine völlig neue Informationstechnologie, die das Potenzial hat, die heutige Computerwelt zu verändern und die Grenzen von Computeranwendungen zu erweitern. Das erklärt das enorme Interesse an Quantencomputern.

Nach der Theorie der Quantenphysik entstehen bei der Wechselwirkung von Quantenobjekten Zwischenzustände, die Informationen über alle möglichen Ausprägungen dieser Wechselwirkungen enthalten. Entsprechend sind diese Informationen auch in Qubits enthalten. Mit solchen Eigenschaften kann man die Ausführung eines Rechenalgorithmus im Vergleich zu den schnellsten klassischen Supercomputern exponentiell beschleunigen.

Die Vorteile eines Quantencomputers werden deutlich, wenn seine Algorithmen für mehrdimensionale, parallele Rechenprozesse vorbereitet sind. Dies gilt vor allem für Quantenprozesse und die Wechselwirkung von Quantenobjekten.

Besonders interessant werden Anwendungen, die die Fähigkeiten eines Quantencomputers nutzen, um komplexe kombinatorische Probleme zu lösen. Eines der klassischen Beispiele für ein kombinatorisches Optimierungsproblem ist die Aufgabe eines Handlungsreisenden, der die optimale Route finden muss, mit der er alle gegebenen Standorte besuchen kann und die gesamte Reisestrecke dabei minimal ist.

Es wurde bewiesen, dass bereits bei 66 zu besuchenden Standorten die exakte Lösung dieses Problems durch einfaches Durchrechnen aller möglichen Wege selbst für den leistungsfähigsten Supercomputer Milliarden von Jahren dauern würde. Man geht davon aus, dass ein Quantencomputer dieses extrem schwierige Optimierungsproblem für Hunderte oder Tausende Standorte in einer recht akzeptablen Zeit von wenigen Sekunden bis wenigen Stunden lösen kann.

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