Status quo: Wie weit Quantenhardware im Jahr 2026 ist
Die Wege zum Quantencomputer sind vielfältig. Ein Streifzug zeigt, worauf Start-ups ihre Hoffnungen setzen und welche Herausforderungen sie bewältigen müssen.
(Bild: Google Quantum AI)
Herkömmliche Computer funktionieren, wenn man ganz nah heranzoomt, im Prinzip alle gleich. Milliarden von Transistoren schalten elektrische Signale, verarbeiten so Informationen und führen Rechnungen aus. In der Quantentechnologie ist das anders. Es gibt nicht „den einen“ Quantencomputer, sondern eine Vielzahl verschiedener Ansätze: Supraleitende Schaltkreise, gefangene Ionen oder einzelne Lichtteilchen werden zu quantenmechanischen Gegenstücken des Bits, den sogenannten Qubits.
Mit Qubits und Quantengattern imitieren Quantenrechner meist herkömmliche Computer, doch auch das ist keine Pflicht. Einige Entwickler schlagen auf der Suche nach dem Quantenvorteil andere Wege ein, etwa mit Quantenannealern für spezielle Optimierungsprobleme oder mehrdimensionalen Qudits.
- Qubits sind die Grundbausteine von Quantencomputern. Es gibt viele Möglichkeiten, sie zu fertigen: von Chips über Atome bis hin zu Licht.
- All diese Architekturen bringen verschiedenste Vor- und Nachteile mit sich. Daher sind entsprechende Quantenrechner auch unterschiedlich weit fortgeschritten.
- Quantensysteme mit mehr als zwei Zuständen, wie Qudits oder Cat-Qubits, sind eine Alternative zu herkömmlichen Qubits, die womöglich robuster gegenüber Fehlern sind.
Schnell verliert man bei der Vielfalt verschiedener Hardware-Implementierungen den Überblick. Welche Architekturen gibt es? Welche Akteure spielen eine Rolle? Und welche Herausforderungen gilt es zu bewältigen? Angesichts der vielen Unternehmen, Start-ups und Forschungseinrichtungen werfen wir Schlaglichter auf ausgewählte Entwicklungen und Bemühungen des vergangenen Jahres.
Supraleitende Quantenchips
Quantenprozessoren bestehen üblicherweise aus Quantenbits oder kurz Qubits. Sie sind das Gegenstück zum klassischen Bit und tragen die Informationen. Statt nur die Zustände 0 und 1 können Qubits auch Überlagerungen dieser beiden Werte annehmen, was letztlich die extrem gesteigerte Rechenleistung von Quantencomputern ermöglicht.
Seit über hundert Jahren fordert die Quantenphysik unser Verständnis von Realität heraus: Teilchen können an mehreren Orten gleichzeitig sein, Katzen scheinbar sowohl tot als auch lebendig. Diese bizarre Welt bildet die Grundlage für eine neue Maschine, die schneller und leistungsfähiger sein soll als alle Rechner zuvor: den Quantencomputer. Entsprechend groß ist der Hype, doch die Forschung ist komplex. Quantencomputer können bestimmte Probleme lösen – aber nicht alle und nicht sofort.
Das Sonderheft c’t Quantencomputer bringt Ordnung in den Quantendschungel. Es vermittelt die Grundlagen der Quantenphysik, erklärt Qubits und Quantencomputer und zeigt realistische Anwendungen. Es beleuchtet den Stand der Technik und ordnet Risiken für die moderne Verschlüsselung ein. Besonderes Highlight: Das Heft leitet Sie Schritt für Schritt durch die Programmierung Ihres ersten eigenen Quanten-Codes, den sie auf einem realen Quantencomputer ausführen können.
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Der wohl bekannteste Ansatz zum Bau von Quantencomputern sind die supraleitenden Qubits. Diese bestehen aus winzigen Schaltkreisen, die bei sehr niedrigen Temperaturen Quantenphänomene zeigen. Viele internationale Akteure arbeiten an diesem Ansatz; besonders prominent treiben jedoch die beiden US-amerikanischen Unternehmen Google und IBM diese Bemühungen voran.
Google gründete seine Quantenabteilung „Google Quantum AI“ bereits 2013. 2019 machte das Unternehmen Schlagzeilen, als es behauptete, mit seinem Quantenchip Sycamore erstmals einen Quantenvorteil demonstriert zu haben. Der Prozessor habe also erstmals eine Aufgabe gelöst, die ein klassischer Supercomputer nicht in einer realistischen Zeitspanne bewältigen könne.
Mitstreiter IBM widerlegte die Behauptung wenige Tage später und demonstrierte, dass ein herkömmlicher Computer das Problem mit der richtigen Methode doch bewältigen könne. Das Unternehmen zeigte: Ein Quantenvorteil ist immer nur eine Momentaufnahme, denn auch klassische Methoden und Hardware entwickeln sich weiter.
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