Nach ein­er lan­gen Zeit habe ich endlich wieder zu ein­er beson­der­er Art der Fort­bil­dung außer­halb der Arbeit­szeit geschafft. Da Physik mich extrem inter­essiert, war das The­ma “Quan­ten­com­put­ing” per­fekt für mich. Das ist defin­i­tiv ein Zukun­ft­s­the­ma, aber immer noch in der Öffentlichkeit wenig bekan­nt. Deswe­gen fand ich es sehr inter­es­sant, dass man ein­er Ver­anstal­tung zu diesem doch sehr kom­plizierten The­ma ange­boten hat. Ich war sehr neugierig, wie man das ehrgeizige Ziel, Qua­ten­com­put­ing in 60 Minuten dem Pub­likum in nur 60 Minuten beizubrin­gen, ange­hen wird.

Ohne Physik geht nichts…

Es ging los mit Physik. Klas­sis­che Physik lässt sich noch einiger­maßen gut ver­ste­hen, aber dann… Der Ein­stieg in das The­ma war das Dop­pelschlitzex­per­i­ment und das eige­nar­tige Teilchen-Wellen-Ver­hal­ten von Elek­tro­nen. Je nach dem, ob so ein Teilchen beobachtet wird oder wird, ver­hält es sich unter­schiedlich. Ich kann mir sehr gut vorstellen, dann an dieser Stelle viele der Zuschauer mit Schreck­en an die Schulzeit­en denken mussten… Die Ver­anstal­tung fand dig­i­tal statt, was aus mein­er Sicht ein großer Vorteil war. Wer nicht direkt alles ver­standen hat, der kon­nte neben­her ein biss­chen googeln oder Wikipedia bemühen.

Wenn ich darüber nach­denke, finde ich es immer noch sehr inter­es­sante, dass Teilchen eine Art Dop­pelleben führen und wir diese Eigen­schaft für unsere Zwecke nutzen können.

Schwere Kost statt Snack…

Ab hier wurde aus dem Brain­Snack ein “Brain-Very-Heavy-Kost-Snack”, wenn es um die Grund­la­gen der Quan­ten­physik geht. Man muss da ein­fach ein­fach durch, um zu ver­ste­hen, wie ein Quan­ten­com­put­er funk­tion­iert. Es gibt nicht nur Nullen und Ein­sen, son­dern auch viele Zwis­chen­zustände, die durch Wahrschein­lichkeit­en beschrieben wer­den. Man kann es sich nicht direkt vorstellen, dass man nur mit Wahrschein­lichkeit­en rech­net, trotz­dem funk­tion­iert es. Zur Beruhi­gung kann ich aber sagen, dass ein Quan­ten­com­put­er alles kann, was ein nor­maler Com­put­er auch kann. Und auch vieles Mehr und das Mehr ist eben interessant.

Lei­der kann man einen Quan­ten­com­put­er sich nicht ein­fach unter den Schreibtisch stellen. Diese Geräte sind extrem teuer, groß und müssen auf ca. 2 Kelvin gekühlt wer­den. Außer­dem ist die Pro­gram­mierung nur mit Hil­fe küm­mer­lich­er Rech­n­er möglich ist. Da stellt sich die Frage, warum man sich mit dieser Tech­nolo­gie über­haupt beschäftigt?

Warum beschäftigt man sich mit Quatencomputern?

Es gibt zwei Gründe. Ein­er­seits kann man mit Quan­ten­rech­n­er Prob­leme bear­beit­en, die mit “nor­malen” Rech­n­ers viel zu lange dauern wür­den. Beson­ders für große Sim­u­la­tio­nen mit vie­len Unbekan­nten sind Quan­ten­com­put­er der Hauptein­satz­grund. Dazu zählen Wet­ter­vorher­sagen, Vorher­sagen in Ver­sicherungs- und Finanzwe­sen, Phar­maforschung usw. Der zweite Grund ist rein physikalis­ch­er Natur. In abse­hbar­er Zeit wer­den die Gren­zen erre­icht, was die Größe (oder eher Klein­heit) von elek­tro­n­is­chen Bauteilen bet­rifft. Es gibt eine harte Gren­ze und klein­er geht es ein­fach nicht. Schuld sind Pro­to­nen, Elek­tro­nen usw. Auch die Geschwindigkeit der Kom­po­nen­ten nähert sich langsam ihrer Gren­ze. Wenn klein­er und schneller nicht mehr geht, muss irgend­wann was Neues her. Quan­ten­com­put­er ver­sprechen hier einen enor­men Leistungsschub.

Aber wir ste­hen erst am Anfang und wie vor ca. 60 oder 70 Jahren bei den heuti­gen Com­put­ern fängt man auch bei Quan­ten­com­put­ern mit ganz ein­fachen “Rechen­op­er­a­tio­nen” an. Es mag ver­wun­dern, dass man es so macht. Trotz­dem muss man es so machen, um die Grund­la­gen zu ver­ste­hen. Man fängt eben ganz klein an. Trotz­dem haben wir es heute ein­fach­er, da man einen Quan­ten­com­put­er nicht mit Lochkarten füt­tert, son­dern in ein­er höheren Sprache wie z.B. Python den Code schreiben kann, der dann in den Code eines Quan­ten­com­put­ers über­set­zt wird. Man kann den Code auf nor­malen Rech­n­ern erst simulieren, verbessern und erst später auf den Quan­ten­com­put­er über­tra­gen. So spart man Zeit und viel Geld, da die Rechen­zeit der Quan­ten­com­put­er sehr teuer ist.

Aktuell sind Quan­ten­com­put­er hoch spezielle Maschi­nen, deren Nutzung nur für spezielle Prob­leme eignet. Hier ist jedoch zu erwarten, dass der Fortschritt recht schnell in den Gang kommt und immer mehr Möglichkeit­en für den Ein­satz von Quan­ten­com­put­er gefun­den wer­den. Sicher­lich wer­den diese Rech­n­er in der Zukun­ft auch gün­stiger wer­den. Es bleibt aber offen, ob jed­er von uns in 20 Jahren einen Quan­ten­com­put­er zu Hause haben wird. Für viele große Prob­leme wird es sicher­lich die Zukun­ft sein.

Die Zukunft ruft!

Es bleibt zu hof­fen, dass Deutsch­land auf diesem Gebi­et stark aufholt und an die führen­den Natio­nen Anschluss find­et. Wer führend in der Forschung und Entwick­lung sein will, der kommt nicht herum, sich mit dieser Tech­nolo­gie zu beschäftigen!

Faz­it: Quan­ten­physik und Quan­ten­com­put­ing lassen sich nicht 60 Minuten pack­en. Entsprechend anspruchsvoll war der Vor­trag. Zum Glück bracht­en die Vor­tra­gen­den genug Zeit mit und kon­nten im Nach­gang noch Fra­gen beant­worten. Wer die Zeit investieren kon­nte und Physik mag, der hat wirk­lich viel mit­nehmen und Neues erfahren können!!!

Kurz nach dem Vor­trag bin ich über zwei Artikel zu diesem The­ma gestolpert, die ich unten ver­linkt habe. Auf jeden Fall ist es ein The­ma, an dem ich dran bleiben werde.

Weit­ere Inter­es­sante Links zu diesem Thema: 

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https://www.faz.net/aktuell/wissen/computer-mathematik/wozu-braucht-deutschland-einen-quantencomputer-17395866.html