Quantencomputing: Quantengatter erklärt

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Quantencomputer sind ähnlich den Grafikchips als Coprozessoren zu sehen und werden klassische Computer nicht ersetzen, sondern ergänzen. Trotzdem gibt es viele potenzielle Anwendungsfelder, und die Hoffnungen sind groß: Profitieren könnten zeitkritische Optimierungsprobleme, vor denen etwa Navigations- und Verkehrsleitsysteme stehen, ebenso die KI, Materialforschung und Medizin: Die Simulation von Molekülen und Proteinen fällt klassischen Computern schwer, unter anderem weil hier quantenmechanische Effekte eine Rolle spielen. Quantencomputer setzen genau solche Effekte zur Berechnung ein – und können sie nutzen. Dadurch eignen sie sich ungleich besser zum Simulieren solcher Systeme.

Zwei Arten von Quantencomputern sind momentan verbreitet: Quanten-Annealing-Maschinen, die auf Optimierungsaufgaben spezialisiert sind, und universelle Quantengattercomputer, die beliebige Berechnungen ausführen können. In beiden Fällen unterscheidet sich die Programmierung grundlegend von derjenigen klassischer Computer: Damit quantenphysikalische Effekte in die Berechnungen einfließen können, muss sich ein Quantencomputer schon in seinen fundamentalen Bauteilen von klassischen Rechnern unterscheiden. Annahmen und Erfahrungen aus deren Programmierung sollte man deshalb beiseitelegen.

Im Unterschied zu klassischen Bits ist der Zustand eines Quantenbits, kurz Qubit, nicht entweder 0 oder 1, sondern eine Mischung daraus, genannt Superposition, in der sich die Basiszustände 0 und 1 überlagern. Ein Qubit kann also "fast ganz 0 und nur ein bisschen 1", "hälftig 0 und 1" oder auch "exakt 0" sein. Die Basiszustände 0 und 1 drückt man üblicherweise mit |0⟩ und |1⟩ aus, ausgesprochen "Ket 0" und "Ket 1".

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