Simulationen mit Quantencomputern: Was bald möglich sein wird

Die Computertechnologie hat sich in den letzten paar Jahrzehnten so rasant entwickelt, wie kaum eine andere Branche. Die Leistungsfähigkeit der Systeme wird immer größer, während die Hardware weiterverbreitet und kostengünstiger wird. Inzwischen haben wir alle Computer in der Form von Smartphones in unseren Taschen und diese Entwicklung scheint sich eher zu beschleunigen, als zu verlangsamen. Bereits jetzt sind die neuesten Innovationen aus dem Bereich der Computertechnologie in aller Munde und es gibt viele Spekulationen, welche Veränderungen mit ihnen einhergehen werden.

Quantencomputer sind in dieser Hinsicht ein besonders faszinierendes Thema. Wie der Name bereits andeutet, wird dabei auf die Erkenntnisse der Quantenmechanik gesetzt, um eine neue Art von Prozessor zu erhalten. Dies könnte sich in ganz unterschiedlichen Branchen auswirken, nicht zuletzt der Online Casino Branche. Es lässt sich kaum absehen, welche Optionen Anbieter wie das Vox Casino hätten, wenn sie Quantencomputer nutzen könnten, um ihre Services zur Verfügung zu stellen und Nutzer ebenfalls diese Technologie verwenden könnten. Wir gehen hier genauer darauf ein, worum es sich bei Quantencomputern genau handelt, wie sie funktionieren und welche Chancen sich daraus ergeben.

Was sind Quantencomputer und wie funktionieren sie?

Quantenprozessoren verwenden quantenmechanische Zustände als Basis für ihre Berechnungen, statt die Zustände elektronischer Schaltkreise. Statt dass Bits verwendet werden, die dadurch realisiert werden, dass ihr elektrisches Potential über- oder unterhalb eines bestimmten Pegels liegt, können Qubits genutzt werden. Diese nutzen potentiell unterschiedliche Zwei-Niveau-Systeme, zum Beispiel den Vektor des Spins eines Elektrons. Anders als bei normalen Bits können hier Zustände einander überlagern, was dafür sorgt, dass sich unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Zustände ergeben.

Viele Qubits werden in Quantenregister zusammengefasst, ähnlich wie Bits zu Bytes zusammengefasst werden. Ein Logikgatter wird erstellt, das verschiedene elementare Operationen an den Bits durchführen kann. Mehrere Gatter werden miteinander verbunden, um ein Schaltnetz zu erzeugen, das dann auch komplexere Aufgaben bewältigen kann. Grundlegend kann man das System eines Quantencomputers folgendermaßen zusammenfassen:

• Quantencomputer bestehen aus einem System von Qubits, das skaliert werden kann
• Sämtliche Qubits können in einen gut definierten Anfangszustand gebracht werden
• Universelle Sets von elementaren Quantengattern können ausgeführt werden
• Man kann einzelne Qubits auslesen
• Die Dekohärenzzeit ist länger als die Zeit die benötigt wird, um ein elementares Quantengatter auszuführen

Um eine Verbindung mit anderen Quantencomputern herstellen zu können sind noch zwei weitere Voraussetzungen notwendig, die wir hier zusammenfassen:

• Schnittstelle zwischen stationären und mobilen Qubits
• Verlässlicher Austausch von mobilen Qubits zwischen verschiedenen Orten

Auch Quantencomputer haben natürlich Probleme, die es noch zu bewältigen gilt. Wenn man ein solches System sich selbst überlässt, neigt es dazu, in den Zustand der Relaxation überzugehen, bei dem es versucht, ein thermisches Gleichgewicht mit der Umgebung zu erzeugen. Dies geschieht über den Energieaustausch mit der Umgebung, was dazu führt, dass die Qubits ihren Zustand ändern und so nach einer gewissen Zeit vom Zustand 1 in den Zustand 0 wechseln. Dies versucht man bei der Auswertung der Ergebnisse mathematisch zu berücksichtigen.

Dekohärenz ist ein weiteres Problem, das bereits weiter oben erwähnt wurde. Damit ist gemeint, dass Qubits im Laufe der Zeit ihre Möglichkeit verlieren, Superpositionen einzunehmen. Sie neigen dazu entweder den Zustand 1 oder 0 anzunehmen und verlieren damit die Eigenschaft, die sie als Qubit auszeichnet. Durch die sogenannte Quantenfehlerkorrektur wird versucht, diese Hürde zu überwinden, bei der es sich um eine handelt, die einzigartig bei Quantencomputern ist.

Bisher sind Quantencomputer noch ein theoretisches Konzept. Zwar gibt es bereits Ansätze, diese Technologie real werden zu lassen, doch es gibt noch zu viele ungeklärte Fragen, als dass ein solcher Computer die Erwartungen erfüllen kann, die bereits in ihn gesetzt werden. Dennoch kann man sagen, dass die zugrundeliegende Theorie handfest ist und ein großes Potential bietet, das weiter zu untersuchen auf jeden Fall lohnen kann.

Die Möglichkeiten von Quantencomputern

Quantencomputer werden momentan eher in technischen Bereichen diskutiert. Vor allem für die Lösung von mathematischen und physikalischen Problemen könnten Quantencomputer eine enorme Chance sein, denn erste Tests haben gezeigt, dass sie sehr viel schneller und genauer sind, wenn es darum geht, solche Modelle zu simulieren. Damit könnte die Forschung erheblich vorangebracht werden und schneller Ergebnisse liefern. Auch die Auswertung von großen Datenpaketen und komplexen Daten könnte wesentlich beschleunigt werden, wenn man dafür Quantencomputer verwendet, was in der aktuellen Zeit noch ein großes Hindernis für Datenverarbeitungssysteme darstellt.

Im ersten Moment wirkt das vielleicht nicht so, als würde man als normaler Bürger viel davon profitieren, aber man sollte sich nicht täuschen – wenn die Simulation von realistischen Umgebungen und physikalischen Gesetzen durch Quantencomputer einfacher und schneller wird, ist es durchaus möglich, dass dies bei der Entwicklung von virtuellen Realitäten eingesetzt wird. VR mit einem Quantencomputer zu simulieren, könnte bessere Grafiken und realistischere Interaktionen ermöglichen und gleichzeitig den Preis für die Entwicklung reduzieren. In diesem Fall würde der Vormarsch von VR vermutlich weiter beschleunigt werden und es lässt sich kaum voraussagen, wie lange es dauern würde, bis die Technologie allgegenwärtig wird.

Auch in Verbindung mit künstlicher Intelligenz könnten Quantencomputer in Zukunft sehr relevant werden. Die Grundlage von KI ist nach wie vor das maschinelle Lernen, also die Fähigkeit der Software über eine längere Zeit und viele Versuche, die optimale Möglichkeit zu finden, mit einem Problem umzugehen. Quantencomputer können den Prozess des maschinellen Lernens erheblich beschleunigen und so die Zeit verkürzen, die eine KI braucht, um in einer bestimmten Problemstellung kompetent zu werden. Sollten Quantencomputer in den kommenden Jahren weit verbreitet werden, kann man davon ausgehen, dass auch KI bei dieser Entwicklung mitmacht und die Systeme sehr viel komplexer und effizienter werden.

Für Privatpersonen wird es vermutlich noch lange dauern, bis Quantencomputer erwerbbar werden. Wie man auch schon bei anderen Technologien beobachten konnte, sind Prototypen und Vorreiter zunächst recht kostspielig und dementsprechend verbreiten sie sich zunächst nur in kleineren Kreisen. Es ist aber durchaus möglich, dass aus diesem anfänglichen Interesse ein regelrechter Hype wird und immer mehr Personen in die Technik einsteigen. VR-Brillen waren vor wenigen Jahren auch noch sehr teuer und man musste effektiv einen ganzen Raum extra dafür einrichten, wenn man VR-Produkte nutzen wollte – inzwischen bieten große Hardware-Unternehmen erschwingliche VR-Systeme an und auch auf populären Plattformen wie Steam kann man eine Auswahl an VR Spielen entdecken. In ähnlicher Weise könnten sich auch Quantencomputer ausbreiten, wenn sie erstmals verfügbar werden.

Ausblick auf die Zukunft – Was kann man von Quantencomputern erwarten?

Bis Quantencomputer marktreif werden, wird es mit Sicherheit noch einige Jahre dauern. Es ist allerdings jetzt schon sehr spannend zu beobachten, welche Entdeckungen gemacht werden und welche Möglichkeiten die Technologie hat. Da momentan vermehrt an Quantenprozessoren geforscht wird, halten wir es nur für eine Frage der Zeit, bis diese realisiert werden. Wenn die ersten Prototypen eingesetzt werden und in den verschiedenen Bereichen gute Ergebnisse liefern, dann kann man davon ausgehen, dass etliche Unternehmen und Privatanleger auf den Zug aufspringen wollen.

Vielleicht handelt es sich bei Quantencomputern um den zukünftigen Standard, auf dem alle Computer basieren, doch vielleicht wird es auch nur eine aufwändige und komplexe Spielerei, die vor allem bei hochtechnischen Aufgaben zum Einsatz kommt. Es schadet auf jeden Fall nicht, wenn man sich bereits jetzt mit der Technologie auseinandersetzt – so ist man auf dem neuesten Stand, wenn Quantencomputer ihren Einzug in den Alltag halten.