Was sind Quantencomputer?
Ein Quantenrechner macht sich die Gesetze der Quantenmechanik zunutze und kann deshalb um ein vielfaches leistungsfähiger sein als ein herkömmlicher Computer. Bisher übliche Rechner arbeiten mit Bits. Ein Bit kann den Zustand 1 oder 0 annehmen. Quantencomputer dagegen basieren auf dem speziellen Verhalten von Elementarteilchen in der Quantenwelt. Ein Quantencomputer arbeitet entsprechend mit Quantenbits (Qubits). Diese können ebenfalls den Zustand 1 oder 0 annehmen, aber auch einen Bereich dazwischen, „Superposition“genannt. Neben der Superposition wird auch der Effekt der Quantenverschränkung genutzt. Dabei sind mehrere Qubits miteinander verbunden. Wird ein verschränktes Qubit in einen bestimmten Zustand versetzt, ändert sich auch der Zustand der anderen verschränkten Qubits. Die Rechenleistung von Quantencomputern steigert sich mit jedem weiteren Qubit nicht linear, sondern exponentiell.
Die aktuellen Quantenrechner von Google und IBM arbeiten mit 53 Qubits. In Deutschland hat die Fraunhofer-Gesellschaft in diesem Jahr einen IBM Q System One mit 53 Qubits in Betrieb genommen. Im Jahr 2023 will IBM einen Rechner mit mehr als 1.000 Qubits anbieten.
Die Rechner von Google und IBM nutzen für ihre Qubits Schaltkreise aus supraleitenden Metallen. Die Arbeitstemperatur liegt nur knapp über dem absoluten Nullpunkt, bei etwa 15 Millikelvin beziehungsweise unter minus 273 Grad Celsius. Beeinflusst werden die Qubits über Mikrowellen. Beide Rechner sind noch keine universell programmierbaren Quantencomputer, sondern zählen zu der Art der sogenannten „Annealing Quantencomputer“.
Qubits lassen sich aber auch auf andere Weise realisieren, etwa über Stickstoffatome in einem Diamantengitter (Universität Leipzig) oder schwebende Atome im Vakuum (Universität Innsbruck, Infineon). Zu den großen Herausforderungen bei den Qubits zählen deren zuverlässige Manipulation und das Auslesen von Ergebnissen.