Rund um den Globus erfährt die Entwicklung von Quantencomputern an Aufwind und Deutschland spielt bei diesem technologischen Wettrennen ganz vorne mit.
Was ein Quantencomputer ist und welche praktischen Anwendungsbereiche es schon heute gibt, beantwortet unser ausführlicher Artikel zu dem spannenden zukunftsweisenden Thema.
Wie funktioniert ein Quantencomputer?
Ein Quantencomputer arbeitet mit der Wechselwirkung quantenmechanischer Zustände und nutzt Quantenbits (Qubits) statt Bits bei der Datenverarbeitung. Die Qubits entstehen etwa mit einer Spin-Orientierung eines Elektrons, funktionieren mit einer Verschränkung und Superposition, was zwei Fokusprinzipien der Quantenphysik sind. Im Vergleich zu einem normalen Bit können Qubits die Zustände 1 und 0 zur gleichen Zeit einnehmen, sowie die Zustände, die dazwischen liegen. Per Verschränkung können Qubits in eine Wechselwirkung treten und dies dient der Erzeugung größerer Werte.
Die Superposition und Verschränkung verwandelt einen Quantencomputer in einen Rechner mit praktisch unendlicher Speicherkapazität. Neutronen, Photonen und Elektronen dienen als Grundlage zur Generierung einer Superposition eines Quantenbits. Alle supraleitenden Metalle wie Magnesiumdiborid, Niob oder Quecksilber können als Festplatte bzw. Speicherplatz für einen Quantencomputer genutzt werden. Im Quantenzustand zeigen die Qubits die Lösungen an, doch wegen ihrer enormen Störanfälligkeit sind Millionen Qubits erforderlich und das dient dem Ausgleichen der Störungen. Gegenüber Temperaturschwankungen und elektrischen Störungen sind die Quantenbits sehr anfällig. Der größte Vorteil eines Qubits ist die Aufnahme von erheblich mehr Informationen, deren Anzeige und Verarbeitung als es mit klassischen Bits möglich wäre.
Quantencomputer in Deutschland und Anwendungsbereiche
Seit Juni 2021 verfügt Deutschland mit dem IBM Q System One im schwäbischen Ehningen über den europaweit leistungsstärksten Quantencomputer, der kaum größer als ein Mensch und ein schwarzer Zylinder ist. Der Zylinder ist in einem Kubus integriert, der aus robustem Panzerglas besteht und in dessen Inneren eine Temperatur von minus 273 Grad Celsius herrscht. Der Kern des IBM Quantum System wird von dem 27-Qubit-Prozessor Falcon gebildet, der in einem luftdichten Glaswürfel eingelassen ist, der für gleichbleibende Umgebungstemperaturen sorgt.
Das Fraunhofer Institut ist der Betreiber des Quantencomputers und verfolgt mit dem Supercomputer das Ziel industrielle Anwendungsbereiche zu erforschen. Das fortschrittliche Computersystem planen BMW, Bosch, Infineon und weitere Unternehmen zu nutzen, um neues Wissen und Möglichkeiten zu gewinnen.
Vor allem im Maschinen- und Anlagenbau könnte der Quantencomputer in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, weil er die Arbeitsabläufe mit höchster Genauigkeit und in Rekordgeschwindigkeit simulieren kann. Die Anwendungen reichen von der Lackierung über Montage bis hin zur Atomtechnik. Neben Konzernen werden auch Start-Ups, der Mittelstand und kleine Unternehmen das Quantencomputing verwenden, um Lösungen für ihre Anwendungen und Produktentwicklung zu finden.
Bahnbrechende Technologie
Die Wirtschaft, Wissenschaft und zahlreiche Fachleute bezeichnen Quantencomputing als Gamechanger und somit als bahnbrechende Technologie. So können mit einem Quantencomputer neue Medikamente entwickelt, Logistiksysteme verbessert oder neue Klimarechenmodelle entstehen.
Weltweit beliefen sich die öffentlichen Investitionen im Jahr 2021 in Quantencomputing auf etwa 24 Milliarden US-Dollar. In Deutschland sind von staatlicher Seite rund 2 Milliarden Euro an öffentlichen Geldern plus über 800 Millionen Euro an privaten Investitionen für die Quantencomputing-Weiterentwicklung bis 2025 eingeplant. In Zukunft werden Quantencomputer in der Lage sein heute unlösbare Aufgaben zu lösen und dies wird von der Forschung als Quantenüberlegenheit bezeichnet.
Video: Was ist ein Quantencomputer? Einfach erklärt
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