Geht es nach den heutigen Pionieren auf dem Gebiet der Physik, scheinen die Tage herkömmlicher Computer bzw. deren Prozessoren nahezu gezählt zu sein. Zunehmend häufiger geistert der Begriff „Quantenmechanik“ durch die Welt der großen IT-Konzerne. Unter anderem gehört dieser noch relativ unerforschte Bereich zu den unglaublichsten Aspekten in der modernen Physik. Was ein Quantencomputer also ist und auf welche Weise er arbeitet, dürfte vielen Menschen noch immer ein Rätsel sein.

Unterschied zwischen Computern und Quantencomputern

Auch wenn Quanteneffekte bei herkömmlichen Computern eine zentrale Rolle spielen, basieren die Technologien vollständig auf den Grundlagen der klassischen Physik. Bei Computer-Systemen kommt die so genannte Von-Neumann-Architektur zum Einsatz, welche dafür sorgt, dass Bit für Bit in einzelnen kleinen Rechenschritten abgearbeitet wird. Die Informationseinheiten nehmen hierbei den Zustand von 0 oder 1 an.

Im Gegensatz dazu stehen Quantencomputer, die in ihrem Kern wesentliche Eigenschaften aus der Quantentheorie besitzen und deshalb einer vollkommen anderen Informationstheorie unterliegen. Quantencomputer arbeiten mit Quantenbit (Qubit), welche nicht nur einen der oben erwähnten Zustände, sondern alle Zustände zwischen 0 und 1 annehmen können (Superposition). Gerade diese überaus beeindruckende Eigenschaft macht Quantenteilchen interessant für die moderne Informationstechnologie.

Albert Einstein sprach von „spukhafte Fernbeziehung“

Neben der Einnahme einer Superposition können Quantenteilchen verschränkte Zustände einnehmen. Bildlich dargestellt, scheinen die einzelnen Qubits durch eine Feder miteinander passgenau und ohne Krafteinwirkung verbunden zu sein. Da ab diesem Moment jedes Qubit weißt, was seine Artgenossen gerade treiben, steigt die Anzahl der möglichen Zustände in die Unendlichkeit. Albert Einstein erläuterte einst zu diesem Thema, dass es hierbei um eine „spukhafte Fernbeziehung“ handele, welcher er kaum Glauben schenkte.

Rechenleistung steigt exponentiell an

Durch den Einsatz eines Algorithmus lassen sich alle Qubits gleichzeitig verarbeiten. Genau hier (Parallelverarbeitung) ist das enorme Potential von Quantencomputern verborgen. Grundsätzlich gilt also, je mehr Qubits eine Verbindung miteinander eingehen, desto mehr Zustände lassen sich zeitgleich verarbeiten.

Bei heutigen Computer-Systemen steigt deren Leistung linear durch die Zahl der verbauten Rechenbausteine an. Bei einem Quantencomputer wächst die Leistung hingegen exponentiell durch die Anzahl der genutzten Qubits an. Wenn sich also nur ein einziges Qubit zu den bereits vorhandenen Qubits dazugesellt, dann verdoppelt sich die Leistung des Quantencomputers. Diese Multiplikation kann unendlich fortgeführt werden und lässt das mögliche Leistungspotential kaum mehr in Ziffern beschreiben.

Quantencomputer: Das Ende von Bitcoin?

Weiterentwickelte Quantencomputer der Zukunft könnten so viel Rechenstärke besitzen, dass sie von einem Bitcoin Public-Key den dazugehörigen Private-Key ableiten könnten. Dies ist allerdings erst eine These. Dennoch gibt es bereits Ansätze von Kryptowährungen, welche auf einen Quantencomputer-resistenten Algorithmus setzen.