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QuantencomputerDas können die Rechner der Zukunft

Quantencomputer übertreffen an Leistungskraft die stärksten herkömmlichen Supercomputer. Der Osttiroler Christian Rätzsch, IBM-Technikvorstand für Asien und Pazifik in Singapur, über die Anwendung der für jeden offenen IBM-Quantencomputer und deren Nutzen vom Handy bis zur Wissenschaft.

Christian Rätzsch (59) absolvierte das Gymnasium in  Lienz, studierte an der TU Graz, seit 1988 Karriere bei IBM. Er ist Technikvorstand (CTO) der IBM Systems Division für Asien und Pazifikraum in Singapur
Christian Rätzsch (59) absolvierte das Gymnasium in Lienz, studierte an der TU Graz, seit 1988 Karriere bei IBM. Er ist Technikvorstand (CTO) der IBM Systems Division für Asien und Pazifikraum in Singapur © Privat
 

Herr Rätzsch, wie erklären Sie uns in verständlichen Worten einen Quantencomputer?
CHRISTIAN RÄTZSCH:
Ein Quantencomputer ist eine komplett neue Art von Computer. Er ist nicht eine schnellere Version der bestehenden Computer auf Basis der Mikroelektronik, sondern folgt einem anderen Funktionsprinzip, der Quantenmechanik. Die ermöglicht aber viel effizientere Berechnungen für größere Inhalte.

Quantencomputer rechnen umfangreicher, schneller und präziser als bisherige Computer?
Das ist richtig. Zusätzlich muss man erwähnen, dass ein Quantencomputer kein Ersatz ist für einen klassischen Computer. Ein Quantencomputer kann Dinge, die ein klassischer Computer nicht kann. Er kann aber auch andere Dinge nicht so gut, die ein klassischer Computer sehr gut kann. Es sind also zum Großteil komplementäre, sich ergänzende Computersysteme.

Ein klassischer Computer rechnet Informationen wie Texte, Bilder oder Sprache in 0 und 1 um, je nachdem ob Strom fließt oder nicht. Was läuft hier anders?
Die Speichereinheit, mit der ein klassischer Computer rechnet, heißt Bit und ist entweder 0 oder 1. Demgegenüber verwendet ein Quantencomputer ein sogenanntes Qubit – ein Quantenbit.

IBM: Quantencomputer

2016 machte IBM mit dem Projekt Q Experience den ersten Quantencomputer für die Öffentlichkeit zugänglich.

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Registrierte Nutzer können sich mit dem Quantensystem mit 16 Quantenbits via Cloud verbinden.

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Seit 2016 haben 75.000 Nutzer über 2,5 Millionen Experimente mit dem IBM Q Expirience gemacht.

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Wissenschaftler aus über 100 Ländern haben die Lernangebote genutzt und mehr als 35 wissenschaftliche Arbeiten und Artikel von Dritten wurden dazu bereits veröffentlicht.

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Aktuell nutzt das Netzwerk ein IBM Q System mit 20 Qubits. IBM hat jedoch unlängst den ersten funktionierenden 50-Qubit-Prozessor-Prototyp gefertigt und getestet.

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Was kann das Qubit besser?
Ein Quantenbit kann die Information anders abbilden – entweder 0 oder 1 oder auch einen Zwischenzustand. Das bedeutet, dass der Informationsgehalt in einem Qubit deutlich höher ist als in einem Bit.

Kann man sagen, man kriegt durch einen Quantencomputer noch einmal eine zusätzliche Dimension der Darstellung und Übersetzung?
Ja. Und zusätzlich muss man sagen, dass die Informationseinheit wesentlich mehr Inhalt hat und deren Berechnungen ganz anderer Natur sind und daher sehr, sehr viel schlagkräftiger.

Ein Anwendungsbeispiel?
Die vielversprechendsten Forschungen und Pilotversuche finden im Bereich der Chemie statt. Zum Beispiel in der Simulation neuer Materialien für leistungsfähigere Batterien. Oder um medizinwissenschaftliche Tests zu simulieren. Penicillin wurde durch den Zufall einer Verunreinigung gefunden. Penicillin ist ein relativ großes Molekül. Es gibt keinen Supercomputer auf der Welt, der so ein großes Molekül simulieren könnte. Ein Quantencomputer benötigt aber nur 286 Qubits, um so ein Molekül repräsentieren und simulieren zu können. Mit der Rechenleistung von Quantencomputern kann man in der Genforschung oder in der Biotechnologie völlig neue Möglichkeiten erschließen.

Das kann der Wissenschaft große Dienste erweisen. Braucht man als gewöhnlicher Nutzer einem Quantencomputer?
Ich glaube nicht. Es wird aber in der Zukunft jeder, vielleicht ohne es überhaupt zu wissen, einen Quantencomputer mitbenutzen. Wir alle verwenden Mobiltelefone mit Möglichkeiten, die vor 20, 30 Jahren undenkbar waren. Wir können über Mobiltelefone Informationen abfragen und diese kommen von großen Rechenzentren aus dem Internet. Im Internet werden wir in Zukunft im Hintergrund Quantencomputer für uns arbeiten haben, um Informationen am Handy noch besser aufbereitet zu erhalten.

Quantencomputing wird das Internet nochmals revolutionieren?
Das Internet wird in der Struktur durch den Quantencomputer aus meiner Sicht nicht gravierend verändert. Aber die Möglichkeiten im Internet werden definitiv erweitert.

Wo stehen und arbeiten Quantencomputer bereits jetzt?
Die ersten Quantencomputer gibt es seit 2016 öffentlich zugänglich. Sie befinden sich in IBM Research Labs in Yorktown Heights im US-Bundesstaat New York und in Zürich und wurden über die IBM-Cloud zugänglich gemacht. Jeder, der einen Quantencomputer testen will, kann das auch machen. Man kann sich im Internet registrieren und kann auf einem solchen Computer Experimente durchführen oder Erfahrungen sammeln. Das sind noch relativ kleine Quantencomputersysteme, die sukzessive leistungsfähiger werden.

Warum ist die Technologie noch am Anfang, obwohl es die Quantentheorie seit Max Planck, also schon seit 100 Jahren gibt?
Die Umsetzung der Quantenphänomene ist enorm herausfordernd. Quantencomputer arbeiten bei minus 273 Grad mit Eigenschaften von Partikeln im subatomaren Bereich.

Der Personal Computer war eine IBM-Erfolgsgeschichte. Quantencomputing wird das auch?
Das wird definitiv eine große Erfolgsgeschichte und ist es schon jetzt. Wir haben 2016 die IBM-Quantencomputer weltweit zugänglich gemacht, weil wir überzeugt sind, dass diese Technologie von weltweiter Bedeutung ist, und haben daher Universitäten, Schulen, Wissenschaftler sowie Privatleute eingeladen, damit zu arbeiten. Am "Quantum Experience" haben sich bereits über 100.000 Nutzer mit 6,5 Millionen Experimenten beteiligt. Seit 2017 gibt es das "Quantum Network", an dem sich große kommerzielle Partner beteiligen.

Was kann bei Quantencomputern Bedenken bereiten?
Quantencomputer könnten herkömmliche Verschlüsselungen in Sekunden errechnen. Daher braucht es neue, quantumresistente Algorithmen.

Im Labor bei minus 273 Grad

Quantencomputer arbeiten mit Quantenbits (Qubits), die mit kleinsten Teilchen wie Atomen, Elektronen oder Photonen dargestellt werden. Die Überlagerung der Teilchen (Superposition) für Rechenoperationen dauert wenige Mikrosekunden und ist extrem empfindlich. Quantencomputer brauchen daher eine besondere Umgebung. In den IBM Research Labs in Yorktown Heights im US-Bundesstaat New York sowie in Zürich haben IBM-Forscher spezielle Kühlvorrichtungen für Quantencomputer installiert, in der eine Temperatur von minus 273 Grad Celsius herrscht, das entspricht etwa der Temperatur des leeren Weltalls.

IBM-Quantencomputer sind seit 2016 via Cloud frei zugänglich, Wissenschaftler aus über 100 Ländern und 100.000 Nutzer führten bisher 6,5 Millionen Experimente durch. Am 2017 gegründeten IBM Q Network beteiligen sich Unternehmen wie JP Morgan Chase, Daimler AG und Samsung sowie Schweizer Unternehmen als Forschungspartner. Aktuell nutzt das Netzwerk ein 20-Qubit-IBM-Q-System, jüngst wurde der erste 50-Qubit-Prozessor getestet.

Info: www.research.ibm.com/ibm-q

Kommentare (2)

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koko03
1
13
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Bin ehrlich ...

verstehe nix ...🤦‍♀️🤦‍♀️

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fred4711
0
10
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nicht nur du...

aaaaaber: ich denke, wir alle verstehen nicht sehr viel von den dingen dieser welt, ausgenommen den bereich, in dem man selbst tätig ist.
wer von uns weiss genau, wie ein schuh gemacht wird oder ein brot? oder käse oder ein auto? ich meine, ohne nachzulesen.
ich verstehe auch nicht, wie es möglich ist, dass auf einem stick 1000 songs sind und der stick (ca.1qcm) erst zu 10 % gefüllt.
noch vor wenigen jahren hätte man jeden für verrrückt erklärt, der so eine möglichkeit behauptet hätte.

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