Quantencomputing – Quantencomputer weltweit im Aufwind
Veröffentlicht
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
Was ist ein Quantencomputer? - einfach erklärt! (IBM Q System One)
Das Video wird von YouTube eingebettet und erst beim Klick auf den Play-Button geladen. Es gelten dann die Datenschutzbestimmungen von Google.
Qubits basieren auf Prinzipien wie Superposition und Verschränkung, wodurch sie in der Lage sind, komplexe Berechnungen effizienter durchzuführen als klassische Bits.
Was sind die Vorteile von Quantencomputern?
Quantencomputer können erheblich mehr Informationen verarbeiten und bieten eine nahezu unendliche Speicherkapazität im Vergleich zu klassischen Computern.
Wo steht Deutschland im Bereich Quantencomputing?
Deutschland hat mit dem IBM Q System One den leistungsstärksten Quantencomputer Europas und investiert stark in die Weiterentwicklung dieser Technologie.
Welche Unternehmen nutzen Quantencomputer?
Unternehmen wie BMW, Bosch und Infineon planen, Quantencomputer für industrielle Anwendungen und zur Verbesserung von Arbeitsabläufen zu nutzen.
In welchen Bereichen finden Quantencomputer Anwendung?
Quantencomputer können in der Maschinen- und Anlagenbauindustrie, bei der Medikamentenentwicklung und in Logistiksystemen eingesetzt werden.
Was sind die Herausforderungen beim Quantencomputing?
Qubits sind sehr störanfällig, was bedeutet, dass Millionen von Qubits erforderlich sind, um Störungen auszugleichen und stabile Berechnungen durchzuführen.
Wie viel wird in Quantencomputing investiert?
Im Jahr 2021 beliefen sich die öffentlichen Investitionen in Quantencomputing weltweit auf etwa 24 Milliarden US-Dollar, mit rund 2 Milliarden Euro in Deutschland.
Was bedeutet Quantenüberlegenheit?
Quantenüberlegenheit bezeichnet die Fähigkeit von Quantencomputern, Aufgaben zu lösen, die für klassische Computer unlösbar sind.
Wie wird die Temperatur in Quantencomputern reguliert?
Quantencomputer wie das IBM Q System One arbeiten bei extrem niedrigen Temperaturen von minus 273 Grad Celsius, um die Stabilität der Qubits zu gewährleisten.
So werden autonom fahrende Autos umweltfreundlich 30. Mai 2022 Autonomes Autofahren soll in Zukunft etwas ganz Normales sein. So sehen es auf jeden Fall die Forscher, die sich weltweit mit diesem Thema beschäftigen. Die Wissenschaft hat aber noch weitere Ziele vor Augen: Künstliche Intelligenz soll dafür sorgen, dass es bald nur noch die „grüne Welle“ gibt. Der Traum vieler…
Start-up Focused Energy plant erstes Kernfusionskraftwerk in Deutschland 1. Juni 2022 Das junge Unternehmen Focused Energy verfolgt das Ziel innerhalb weniger Jahre, das erste Kernfusionskraftwerk in Deutschland aufzubauen. Es wäre das erste Fusionskraftwerk, welches mit Trägheitseinschlussfusion läuft, bei dem die zwei Wasserstoffisotope Tritium und Deuterium durch Fusion Energie erzeugen. Was plant Focused Energy? Das Kernfusionskraftwerk soll nach der Inbetriebnahme rund 10…
Kühle Räume dank künstlicher Intelligenz 23. November 2022 Auf der Erde wird es bekanntlich immer wärmer, also steigt auch der Bedarf an Möglichkeiten, die Räume effektiv zu kühlen. Dies gilt inzwischen auch für Breitengrade, in denen eine Klimaanlage keine Regel, sondern eher eine Ausnahme war. Zeitgleich werden die Energie, in Form von fossilen Brennstoffen, aber auch der elektrische…
So kann ein ferngesteuerter Roboter Menschenleben retten 20. April 2022 Wer einen Schlaganfall erleidet, braucht so schnell wie möglich Hilfe. Leider ist nicht überall gleich ein Chirurg zur Stelle, der das lebensgefährliche Blutgerinnsel im Gehirn auflösen kann. Forscher haben jetzt einen Roboter entwickelt, ausgestattet mit einem Magnetarm, der aus der Ferne das Gerinnsel entfernen kann. Der Arzt muss nicht vor…
Neue Windkraft-Technologien versprechen höheren Stromertrag 8. Juni 2022 Die Windkraft zählt zu den ältesten erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung und gewinnt vor allem wegen des Klimawandels verstärkt an Bedeutung. Seit den 1990er-Jahren gehört die Windenergie zu den tragenden Säulen der Energieversorgung neben der Solarenergie, Gaskraftwerken, Atomkraft und Kohlekraftwerken. Neue Windkraft-Technologien erhöhen die Effizienz bei der Stromerzeugung und wir beschreiben…
Was kann die Zahnbürste mit KI alles besser? 25. November 2022 Künstliche Intelligenz – diese beiden Worte sorgen bei den meisten Menschen nur für ein müdes Schulterzucken. Wenn KI ins Spiel kommt, hat es irgendwas mit Wissenschaft zu tun, die niemand so richtig versteht, außer es handelt sich um eine Zahnbürste mit KI. Die i010 von Oral-B ist eine solche Hightech-Zahnbürste,…
Europa will jetzt auch auf den Mond 25. Januar 2019 Alle Welt fliegt zum Mond und Europa will nicht länger als Außenseiter daneben stehen. Vor 50 Jahren sind die Amerikaner als erste auf dem Mond gelandet, die Chinesen haben die dunkle Seite des Erdtrabanten erobert und Europa durfte beide Male nur zusehen. Damit soll jetzt Schluss sein, ein internationales Wettrennen…
Energie aus dem Weltraum - sieht so die Zukunft aus? 24. Juni 2022 Geht es um technische Neuerungen, die vielleicht zuerst einen etwas verrückten Eindruck machen, dann steckt in der Regel China hinter der Idee. So auch beim Projekt „Energie aus dem Weltraum“, genauer gesagt, Solarenergie. Ein Raumfahrtprojekt aus China arbeitet offenbar mit Hochdruck an der Einspeisung von solarer Energie aus dem Weltraum.…
Luftschiff feiert bald Comeback mit Elektroantrieb 3. Juni 2022 Der Google-Gründer Sergey Brin kündigte 2021 den visionären Bau eines Luftschiffs mit Elektroantrieb an und soll den Planungen zufolge in Katastrophenschutzgebieten eingesetzt werden. Gemeinsam mit dem Unternehmen LTA Research soll diese Vision nun Realität werden, wie ein neues Patent nun beschreibt. Laut der Patentanmeldung sollen Starrluftschiffe gebaut werden und Helium…
Andreas Krämer ist seit über 12 Jahren als Texter mit seinem Schreibbüro (sauerlandtext.de) aktiv. Er hat sich auf die Erstellung von Fachtexten, Blogbeiträgen, Newsartikeln und App-Testberichten für kommerzielle Webseitenbetreiber sowie Printmedien spezialisiert.
