Quantum Computing: Was steckt dahinter? [5 Lesetipps]

quantencomputer, tech, trend — Quelle: Daimler Global Media Site

Unsere digitale Welt ist auch eine große Datenwelt, in der eine Datenmenge immer schneller und genauer verarbeitet und analysiert werden muss. Klassische Computer haben diesbezüglich längst ihre Kapazitätsgrenze erreicht, da sie sich darauf beschränken, eine Aufgabe nach der anderen zu erledigen. Eine neue Art von Computing könnte jedoch alles ändern: Quantum Computing (QC). Es birgt das Potential, künstliche Intelligenz vollständig auszuschöpfen.

Damit wird Quantum Computing zu einem heiligen Gral für globale Technologieriesen. Aber was genau ist ein Quantencomputer und wofür lässt er sich einsetzen?

Was ist Quantum Computing?

Alle Computersysteme basieren auf der grundlegenden Fähigkeit, Informationen zu speichern und zu manipulieren. Normale Computer, wie die, die du und ich benutzen, arbeiten mit Bits, welche die Daten als binäre 0- und 1-Zustände speichern. Das Neue an Quantencomputern ist, dass sie die sogenannten Qubits (Quantenbits) verwenden, die nicht bei 0 oder 1 liegen, sondern in einer Überlagerung (Superposition) beider Zustände.

Aber warum ist dieser Unterschied so wichtig?

Welche Vorteile hat Quantum Computing?

Anstatt eine logische Fortschrittsberechnung wie in einem normalen binären Computer durchzuführen – wo die Antworten ja oder nein, ein oder aus ist – führt das Quantensystem alle Operationen gleichzeitig durch und liefert die Informationen sofort.

Auf diese Weise ist die Rechenleistung exponentiell höher. Ein Qubit entspricht zwei Operationen zur gleichen Zeit, Zwei Qubits, vier Operationen, zehn Qubits, 1024 Operationen, usw. Der resultierende Computer ist daher schneller und effizienter. Mit dieser Rechenleistung lassen sich Probleme leicht lösen und relevante Entscheidungen schneller und effektiver treffen.

Welche Nachteile sollte man berücksichtigen?

Es ist aber nicht alles Gold, was glänzt. Die Schwierigkeiten, die auf dem Weg zum Quantum Computer auftreten, sind nicht leicht zu umgehen.

Qubits leiden an Dekohärenz, nämlich der Zerstörung von Quantenzuständen durch Wechselwirkungen mit der Umwelt. Die Umgebung stört quasi die Superposition von Quantenzuständen. Je mehr Qubits es in einem Computer gibt, desto leichter kann es zur Dekohärenz kommen.

Außerdem ist die Genauigkeit bei Umrechnungen noch nicht 100 Prozent richtig. Da Qubits von Natur aus instabiler als Bites sind, neigen sie schneller zu (Genauigkeits)-Fehlern.

Wozu braucht man Quantum Computing?

Globale Unternehmen wie Microsoft, IBM, Google, Alibaba und Intel sowie spezialisierte Startups wie Rigetti Computing ebnen den Weg für Innovationen mit dieser Technologie und investieren viel in die Forschung. Sie sammeln erste Erfahrungen in der Hoffnung, einen Wettbewerbsvorteil gegenüber der Konkurrenz zu erzielen.

Das Analystenhaus BCG hat in einer aktuellen Studie zusammengefasst, welche Anwendungsfälle für diese Technologie bereits bestehen.

The Next Decade in Quantum Computing — and How to Play – BCG

Auch wenn wir das volle Potential von QC noch nicht kennen, gibt es bereits folgende Kernbereiche: Kryptographie, chemische und finanzielle Berechnungen, die Entwicklung neuer Materialien, oder die Datenverarbeitung. Am häufigsten kommt Quantum Computing bei Simulation und Optimierung, wie Machine Learning und KI, zum Einsatz. Apropos: mit Quantencomputern wird die Lernkurve für KI-fähige Maschinen erheblich verkürzt.

Unsere Welt dreht sich mehr und mehr um Einsen und Nullen, und zwar über Daten, Daten und nochmals Daten. Zudem erfordern neue Spitzentechnologien deutlich mehr Rechenleistung, unmittelbare Antworten und höhere Skalierbarkeit. Quantum Computing kann bei der Datenanalyse, der Prognose von Ereignissen sowie der Erkennung von Mustern behilflich werden.

Datenanalysen: hier kann QC sehr komplexe Berechnungen durchführen und diese vereinfachen sowie große Datenprobleme leicht lösen. Zum Beispiel setzen JPMorgan und Barclays auf QC, um Transaktionen, Trades und andere Arten von Daten so schnell wie möglich zu verarbeiten.
Die Vorhersage von Ereignissen: Die Möglichkeit, mehr Simulationen mit einer höheren Geschwindigkeit durchzuführen, ist eine relativ einfache Aufgabe für einen Quantencomputer. Dies kann dazu beitragen, bessere Prognosen zu erstellen und zu steuern, wie Ressourcen und Zeit für bestimmten Produkten und Services. Auch Meterologen können davon profitieren.
Muster in Daten identifizieren: Regierungen und Unternehmen könnten besser informiert werden, um zum Beispiel den Verkehrsfluss oder aber das Bevölkerungswachstum zu planen. In diesem Zusammenhang arbeitet Volkswagen bereits mit D-Wave zusammen, um Auto-Routen in Peking zu optimieren und Staus zu vermeiden.

Das weiteren kommen im QC diverse sicherheitsrelevante Fragen auf. Da QC sehr schnell den Code hacken kann, sind die aktuellen Sicherheitssysteme stark gefährdet. Die Quantenkryptographie ist jedoch buchstäblich „unknackbar“, was wiederum das IoT und die Blockchain vorantreiben würde.

Noch große Herausforderungen zu bewältigen

Diese Technologie ist nicht perfekt und noch nicht ausgereift. Auf der Agenda gibt es zwei dringende Herausforderungen: die Fehlerquote beseitigen und Anwendungen für die ersten Prototypen entwickeln.

Das Rennen hat erst begonnen und die ersten Mitstreiter rüsten auf. Google behauptet bereits, seinen Quantenprozessor Bristlecone zur Hand zu haben. Viele Partnerschaften bilden sich ebenfalls heraus. Samsung arbeitet mit IBM zusammen, Daimler mit Google und Airbus, Goldman Sachs und BMW mit Software- und Servicemittlern. Intel und Microsoft sind anderseits enge Kooperationen mit QuTech eingegangen.

Es ist wichtig, für jedes Unternehmen das (revolutionäre) Quantum Computing zu verstehen und zu erkennen, da es sich entscheidend auf das eigene Business auswirken könnte.