Was ist ein Quantencomputer? Zunächst einmal ist er eine Maschine, die genau wie ein „klassischer“ Computer „gefüttert“ werden will, die Daten verarbeitet und die Ergebnisse liefert. Und der Anspruch an einen Quantencomputer ist kein anderer als an jede Rechenmaschine, sie muss verlässlich sein.
Weiter gibt es nicht „den Quantencomputer“, sondern es gibt die unterschiedlichsten Konzepte, um mit Quanten eine Rechenmaschine zu konstruieren. Die Konzepte beziehen sich sowohl auf die Algorithmen, mit denen die Computer arbeiten sollen - die Software, als auch auf die technische Ausführung, also die Hardware. Da werden die verschiedensten Atome als „Quantenbausteine“ sowohl wie Photonen für die Entwicklungen verwendet, und auch verschiedenste Materialien bis hin zu Diamanten z. B. als Speichermedium. Einen Überblick mag sich jeder selbst verschaffen.
Interessanter Weise arbeitet ein „klassischer“ Computer auch mit Quanten, nämlich mithilfe von Elektronen, man erinnere sich an die etwas veraltete Bezeichnung „Elektronengehirn“. Der Unterschied liegt darin, dass die Elektronen im Computer, wie wir ihn kennen, nicht einzeln angesprochen werden, sondern dass größere Bereiche des Computers magnetisiert bzw. nicht magnetisiert werden und so für „Ja-„ und „Nein-Zustände“ sorgen, einzelne dieser ansprechbaren Bereiche sind dann die wohl bekannten Bits. Weiterhin sollte man nicht vergessen, dass auch unser gutes Elektronengehirn nicht immer fehlerfrei läuft; zwar ist die Fehlerwahrscheinlichkeit ziemlich klein, aber sie steigt mit der Miniaturisierung der verwendeten Chips - es nicht eine fehlerhaft Programmierung gemeint! Ab einer gewissen Kleinheit ist kann sie sogar signifikant werden, nämlich dann, wenn man sich tatsächlich den Größenordnungen nähert, in denen die Unschärfe der Quantenobjekte – also der Elektronen – die Ergebnisse beeinflussen kann.
Der Quantencomputer nun arbeitet mit Quanten selbst, nicht auf Umwegen. Und die Unbestimmtheit wird hier nicht nur als Problem betrachtet, sondern als positiver Effekt – aber mit einem großen „Aber“. Das große „Aber“ bezieht sich auf die bislang erreichbare Verlässlichkeit der Quantencomputer, und die Verlässlichkeit der Quantencomputer hängt immer auch von den oben erwähnten technischen Aspekten ab, aber – und hier kommt wohl ein Missverständnis – auch mit der Wahrscheinlichkeit, mit der die Computer „richtige“ Ergebnisse liefern. Die Fehlerquote bzgl. dieser Wahrscheinlichkeit ist nämlich in erster Linie KEIN dem Quantencomputer an sich immanentes Problem (nicht mehr, als es das für „normale“ Computer auch ist), sondern hängt mit der Wechselwirkung der beteiligten Quanten und der Umwelt zusammen.
Die Abschirmung von der Umwelt ist DAS entscheidende Problem. Um die Wechselwirkung mit der Umwelt auszuschalten, soweit das möglich ist, ist ein ziemlicher technischer Aufwand notwendig, z. B. sind gewaltige Minus-Temperaturen zu erzeugen, um mit den Quantencomputern in supraleitenden Materialien arbeiten zu können. Die winzigste Störung der gewünschten Rechenprozesse lassen das erzeugte Quantensystem zusammenbrechen, weshalb man zum Teil nur 50 oder 60prozentige „richtige“ Treffer erzielt, was eben auch mit der verwendeten „Art“ des Quantencomputers zusammenhängt. Es gibt aber durchaus Erfolge von an die 96 %, in dem man z. B. den Speicher für die Daten, die man für die einzelnen Rechenschritte braucht, auf oben erwähnte Diamanten „auslagert“. Ein weiteres Problem ist nämlich die Speicherzeit, die weit unter dem Millisekunden-Bereich liegt.
Wie gesagt, wird die Unbestimmtheit der Quantenobjekte als Vorteil genutzt. Wie kann ich ein Resultat aber ablesen, wenn durch diesen Vorgang der Quantenzustand des Systems gestört wird?
Hier kommt die so genannte Verschränkung ins Spiel.
Wenn ich nämlich Quantenobjekte verschränke, sind sie in ihrem Zustand und auch in der Veränderung dieses Zustandes voneinander abhängig. Das wird beim Quantencomputer so eingesetzt, dass ich den Zustand z. B. eines Elektrons für den Input BESTIMME, und somit WEIß, in welchem Zustand sich sein „verschränkter Partner“ befindet. Bitte, das ist jetzt wirklich ganz grob erklärt! (Auf den Spin des Elektrons bezogen bedeutet das ganz grob, dass immer dann, wenn der Spin des einen Elektrons „nach oben“ gerichtet ist, das „Partnerelektron“ einen Spin haben MUSS, der „nach unten“ gerichtet ist. Quanten wie die Elektronen können lokal nicht in gleichem Quantenzustand sein, Pauli-Prinzip; aber wenn ich den einen Zustand kenne, kenne ich automatisch den anderen Zustand, ohne eine Messung vornehmen zu müssen, die das System stört.)
Die gewaltige Rechenkapazität eines Quantencomputers hängt mit einem weiteren Quantenzustand zusammen, der „Superposition“. Die „Rechenarbeit“ des Computers findet mit möglichst vielen z. B. Atomen statt, die sich durch den entsprechenden Input – den der Anwender durch einen verwendeten Algorithmus bestimmen kann – in EINEM Zustand befinden, den der Anwender KENNT, wiederum, ohne eine Messung durchführen zu müssen. Bislang ist die Zahl der verwendeten Atome noch ziemlich überschaubar, ich glaube, es sind mal gerade 14 Stück, die man in einem gewollten Zustand über eine messbare Zeitspanne halten kann, aber das Ziel sind natürlich viel größere Ensembles.
So wie ich also weiß, was der Quantencomputer tut, will ich natürlich auch die Ergebnisse seiner Bemühungen erfahren. Wieder ist es das Problem, die Daten zu lesen, ohne durch die Messung das Ergebnis zu verfälschen. Hier kommt wieder z. B. die „Auslagerung“ der Daten z. B. in Diamanten ins Spiel.
Wer Interesse hat, sich mit dieser Materie genauer zu beschäftigen, dem kann ich hier und momentan nur raten, sich selbst kundig zu machen. Ich hab in diesem Zusammenhang nichts Anderes getan.
Nur sei noch gesagt, dass man sich aber schon kundig machen sollte, bevor man Beiträge verfasst und bevor man Beiträge ohne jede Überprüfung inhaltlich für richtig hält. Ich hab keine große Kenntnis, was das Thema Quantencomputer angeht, aber sich einmal vor Augen zu halten, dass es äußerst Unsinnig wäre, mit einer Rechenmaschine zu arbeiten, die nur dann und wann richtige Ergebnisse liefert und man noch nicht einmal wissen sollte, wann das der Fall ist – soviel Eigeninitiative zum Nachdenken sollte man doch wirklich verlangen dürfen, auch wenn man grundsätzlich der Wissenschaft alles zutraut, zumal das Schlechteste.
Aber als Einstieg :
http://www.uni-due.de/cenide/news_one.php?id=794
Sowie:
http://www.pro-physik.de/details/news/1310409/Ausle...Herr Oberlehrer
Die Wolken ziehen hin. Sie ziehen auch wieder her.
Der Mensch lebt einmal. Dann nicht mehr.
(Donald Duck)
