, Musterkennung und Materialentwicklung angewendet werden. Während der Datenverarbeitungsprozess eines klassischen Computers auf Grundlagen der klassischen Physik zurückgeführt werden kann, basieren Quantencomputer auf den Gesetzen der Quantenphysik. Die besonderen Eigenschaften der Quantenphysik ermöglichen es Quantencomputern, mehrere Rechenoperationen gleichzeitig durchzuführen und so komplexe Probleme zu lösen.
Zukunftsmarkt – Quantencomputer
Der Quantencomputer ist die Voraussetzung für die meisten Dinge, die sich mit der Quantentechnologie realisieren lassen. Je nach Szenario könnte sich das Marktvolumen für Quantencomputer im Jahr 2040 auf rund 131 Milliarden US-Dollar belaufen. Der Vorteil des Quantencomputers ist, dass er unter bestimmten Bedingungen mehrere parallele Rechenoperationen gleichzeitig berechnen kann, für die selbst heutige
Supercomputer Jahrzehnte bräuchten. Die kleinste Informationseinheit klassischer Computer sind sogenannte Bits, welche nur einen Zustand zwischen 0 und 1 annehmen können. Ein Quantencomputer rechnet dagegen mit Quantenbits, genannt
„Qubits“. Diese können sich im Zustand der Superposition miteinander verschränken und so unendlich viele Zustände zwischen 0 und 1 einnehmen. Im Jahr 2019 fertigte
Google den Quantencomputer „Sycamore“ mit 53 Qubits an. Dieser löste eine Rechenaufgabe in dreieinhalb Minuten, für die ein Supercomputer rund 10.000 Jahre benötigt hätte. Die Entwicklung von Quantencomputern ist sehr komplex, dennoch plant
IBM für das Jahr 2023 ein Quantencomputer mit
über 1.000 Qubits.
Chancen und Herausforderungen
Die
öffentlichen Fördergelder sowie die Anzahl der Akteure im Bereich Quanten-Computing nehmen zu und die Potenziale der Quantentechnologie sind im Allgemeinen groß. So könnte das
Quanten-Computing-Marktvolumen in den nächsten Jahren weltweit deutlich ansteigen.
Derzeit ist allerdings der Nutzen der Zukunftstechnologie Quanten-Computing in der Anwendung noch sehr begrenzt. Wie Quanten und Quantenobjekte reagieren Qubits sensibel auf äußere Einflüsse wie Störungen und Vibrationen. Diese können den für die erhöhte Rechenleistung notwendigen Zustand der Superposition und die Verschränkung zerstören. Auch wenn sich die Rechenleistung eines Quantencomputer mit jedem zusätzlichen Qubit verdoppelt, kommt es nicht allein auf die reine Anzahl an Qubits an. Damit ein Quantencomputer schnell und zuverlässig rechnen kann, geht es vielmehr um eine bessere Fehlerkorrektur, höhere Messgenauigkeit und eine längere Zeit, in der Berechnungen durchgeführt werden können (Kohärenzzeit). Wissenschaftler sprechen deswegen eher von Quantenvolumen als von Quantenanzahl. Selbst wenn ein skalierbarer Quantencomputer irgendwann entwickelt ist, muss noch die Frage nach der passenden Hardware-Plattform und Architektur für Quantencomputer geklärt werden. Bisher werden die führenden Technologien der
Supraleiter und der
Ionenfallen verwendet, aber ob diese auch auf Dauer die besten sein werden, bleibt abzuwarten. Aufgrund der außerordentlichen Herausforderungen werden Quantencomputer vermutlich eher in großen Rechenzentren von Unternehmen neben anderen klassischen Rechnern zum Einsatz kommen und nicht für den privaten Gebrauch genutzt werden. Quantencomputer sollen also nicht die klassischen
Computer ersetzen, sondern vielmehr komplementieren.
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