Quanten-Computing: Aufbruch in das Zeitalter der Superrechner

Die letzte Frage muss wohl mit Nein beantwortet werden, aber die grundlegenden Vorstellungen zur Quanten-Datenverarbeitung sind recht gut bekannt und spukten bereits in den Köpfen der Wissenschaftler, als man für einen Computer noch ganze Räume benötigte. Die Quantentheorie in der Physik besagt – stark vereinfacht – dass die Energie von Elektronen nicht kontinuierlich, sondern in bestimmten Mengeneinheiten, so genannten Quanten, abgegeben wird.

Das Konzept der Quanten-Datenverarbeitung ist durch die Natur der Quanten bedingt: Anstatt wie in der klassischen binären Darstellung nur zwischen zwei Zuständen zu unterscheiden, können Quantendaten als Überlagerungen oder Superpositionen dieser Zustände dargestellt werden. Tatsächlich nimmt die Quantenphysik für sich in Anspruch, dass bei einer Interaktion alle möglichen Zustände berücksichtigt werden können und nicht nur diejenigen, die zufälligerweise auftreten.

Dieses Phänomen wird in der Quanteninformatik als „probabilistische Bits“ (wahrscheinliche Bits, kurz Pbits) bezeichnet. Ein probabilistisches Bit steht zum Beispiel für das noch unsichere Ergebnis einer geworfenen Münze. Vor dem Wurf kann das Ergebnis entweder Kopf oder Zahl sein, danach kann es in der klassischen binären Form dargestellt werden. Pbits bilden eine Brücke zwischen den Quantendaten und den Daten in der für uns gebräuchlicheren Darstellung, die von den Quantentheoretikern häufig als „klassische“ Daten bezeichnet werden.

Vereinfacht kann man sich das folgendermaßen vorstellen: Bits können als zwei klar definierte Punkte dargestellt werden, Pbits als Linie, die diese beiden Punkte verbindet, und Qubits (Quantenbits) als Reihe von Linien, die diese beiden Punkte möglicherweise verbinden und zum Beispiel auch eine Kugelform haben könnten. Diese Komplexität macht sie schwer verständlich (weshalb dieser Artikel stark vereinfacht ist), und deshalb ist es auch so schwer, Datenverarbeitungssysteme für sie zu entwickeln. Wenn diese Probleme aber überwunden sind, sind diese Systeme deutlich leistungsfähiger als die heutigen.