Was macht Quantencomputer so leistungsstark?
Quantencomputer machen heute unlösbare Aufgaben lösbar. Sie eröffnen den Zugang zu einer bisher unerreichbaren Rechenleistung.
Die kleinste Informationseinheit in der klassischen Computerwelt ist ein Bit. Es kann die zwei Werte oder Zustände 0 oder 1 annehmen. Beim Quantencomputing ist die kleinste Informationseinheit ein Qubit, das Zustände von 0 und 1 gleichzeitig annehmen kann. Diese Überlagerung der Zustände 0 und 1 wird auch Superposition genannt.
Zum Verständnis kann das Bild einer rotierenden Münze helfen: Ein klassisches Bit entspricht den beiden Seiten Kopf oder Zahl. Bei einem Qubit dreht sich die Münze, sodass ein Beobachter sowohl Kopf als auch Zahl sowie alle Teilbilder sehen kann.
Aus der besonderen Eigenschaft von Qubits, viele Zustände gleichzeitig einzunehmen, resultiert eine überragende Rechengeschwindigkeit: Berechnungen laufen nicht nacheinander, sondern können gleichzeitig erledigt werden.
Worin liegen die Herausforderungen für die Entwicklung des Quantumcomputing?
In der Überlagerung vieler verschiedener Zustände liegt nicht nur der Vorteil von Qubits, sondern auch die Herausforderung: Um sie für Berechnungen nutzen zu können, muss man sie präzise beeinflussen und auslesen können. Gleichzeitig müssen Qubits bestmöglich von der Außenwelt abgeschirmt werden, weil sie sonst sehr leicht ihren Zustand ändern. Das kommt fast der Quadratur des Kreises gleich.
Eine andere Herausforderung ist es, die Parallelität der Qubit-Zustände für allgemeine Berechnungen nutzen zu können. Es gibt bisher keine Art von Betriebssystem und Programmiersprache, mit der die Rechenleistung von Quantencomputern einfach für allgemeine Aufgaben genutzt werden kann. Bislang gibt es erste rudimentäre Quantencomputer und zugehörige Spezialsoftware, die für einzelne, sehr konkrete und eng umrissene Aufgaben entwickelt wurden.
Stand der Technik
Einige Quantencomputer gibt es bereits. Sie sind allerdings noch kompliziert zu bedienen, nicht besonders leistungsstark, ziemlich störungsanfällig und eigentlich nur für akademische Fragestellungen zu gebrauchen. Mit physikalischen Qubits im zwei-, bald wahrscheinlich niedrigen dreistelligen Bereich bringen sie noch nicht den angestrebten Leistungssprung. Die Schätzungen variieren, ab wann Quantencomputer in der Breite zum Einsatz kommen. Mit allgemeinen praxisrelevanten Anwendungen rechnen Expert*innen Richtung Ende dieses Jahrzehnts. Für spezifische Anwendungsfälle scheint aber auch früher schon ein Einsatz denkbar.
Industrialisierung und Anwendung im Blick
Mit seinem Beitrag zur Quantencomputer-Entwicklung unterstützt Infineon von Anfang an eine erfolgreiche Kommerzialisierung dieser revolutionären Technologie. Infineon will dazu beitragen, Quantencomputing aus der Grundlagenforschung in die Anwendung und zum wirtschaftlichen Erfolg zu führen. Deshalb engagiert sich Infineon auch als Gründungsmitglied von QUTAC im Konsortium führender deutscher Unternehmen, um Quantencomputing auf die Ebene der großflächigen industriellen Anwendung zu heben.
Ein besonderer Schwerpunkt für Infineon liegt auf der industriellen Skalierbarkeit der Technologie. Bei Infineon arbeiten herausragende Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen. Mit ihrer Kompetenz in Chip-Design, Material, Produktion und Hardware-naher Software verfügt das Unternehmen über wesentliches Know-how, das die Entwicklung des Quantencomputing entscheidend voranbringen kann.
Erkenntnisse in einer neuen Dimension
Wenn die Quantentechnologie echte, einzigartige Vorteile für Anwendungen bringt, kann die Entwicklung von Quantencomputern zu einer Erfolgsgeschichte werden. Beispiele für Aufgaben, die mit klassischen Computern kaum oder gar nicht zu lösen sind, gibt es viele. Zum Beispiel:
- Simulationen chemischer Reaktionen auf atomarer und molekularer Ebene
- Entwicklung neuartiger Materialien zum Beispiel für Leichtbau, Katalysatoren oder Batterieelektroden
- Optimierung komplexer Logistikprozesse
Infineon selbst arbeitet permanent an der Optimierung der Auslastung seiner Produktion und seiner Logistikprozesse, um bestmöglich die Kundennachfrage zu befriedigen. Viele Daten und Informationen fließen in diese Optimierung ein. Quantencomputing könnte mit seiner Rechenleistung mehr Daten aus Abläufen, von Sensoren und Aktoren sowie weiteren Rahmenbedingungen auswerten und so zu weiterer Optimierung beitragen
Herausforderungen für die Sicherheit
Die Rechenleistung von zukünftigen Quantencomputern wird heute gängige Verschlüsselungssysteme knacken können. Damit Systeme und Daten auch im Quantencomputing-Zeitalter sicher bleiben, müssen quantensichere Kryptographieverfahren schon heute entwickelt werden. Infineon treibt diese Post-Quantum-Kryptographie als einer der Pioniere aktiv voran.