Quantencomputer lassen sich beispielsweise mithilfe optischer Technologien konstruieren. Quantenbits können dabei von Lichtteilchen repräsentiert werden. Doch auch wenn die Qubits von Elementarteilchen dargestellt werden, kann Licht eine Rolle bei Ein- und Ausgabe der Daten und Rechenergebnisse spielen
Bild teilen Bild teilen
Twittern Weiterführende Links
Datenspionage: NSA arbeitet an Supercomputer, der alles knackt
Kryptologie: Verschlüsselt wird künftig mit Quantenphysik
Cyberspionage: "Was da passiert, ist ein digitaler Krieg"
Informatik: Quantenphysiker planen fälschungssicheres Geld
Themen
Quantenphysik NSA Der frühere US-Geheimdienstmitarbeiter Edward Snowden hat offenbart, dass die National Security Agency (NSA) an der Entwicklung eines leistungsfähigen Quantencomputers arbeitet, mit dessen Hilfe selbst sehr stark verschlüsselte Dokumente gelesen werden können.
Dass sich die NSA wie jeder andere namhafte Geheimdienst auf diesem Planeten für die Technologie der Quantencomputer interessiert, ja interessieren muss, ist eine Selbstverständlichkeit.
Denn diese bereits in den 80er-Jahren konzipierte Technik ermöglicht eine dramatisch gesteigerte Rechenleistung, was insbesondere große Konsequenzen für die Kryptografie hat, also das Verschlüsseln von sensiblen Informationen und andererseits auch das Knacken von Codierungen.
Geheimdienste interessieren sich für Quantencomputer
Seit vielen Jahren arbeiten Grundlagenforscher rund um den Globus an der Entwicklung von Quantencomputern. Bislang ist der öffentlich bekannte Stand der Technik allerdings noch recht bescheiden.
Rechenmonster
Europas größter Supercomputer Quanten und Computer
Bit und Quantenbits Bei herkömmlichen Computern nehmen die kleinsten Bestandteile (Bits) nach den Gesetzen der Physik jeweils den Zustand null oder eins ein. Beim Quantencomputer können die einzelnen Qubit genannten Teilchen dagegen mehrere Zustände gleichzeitig darstellen. Ein Clou des Quantencomputers besteht vereinfacht gesagt darin, dass er eine Rechnung für alle darstellbaren Werte gleichzeitig ausführt.
Verstehen Selbst Experten der Theoretischen Physik verstehen dieses scheinbare Paradox nicht vollständig, schreibt die „Washington Post“. „Wenn du denkst, du verstehst die Quantenmechanik, verstehst du sie nicht“, zitiert die Zeitung den 1988 gestorbenen Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman, der als Experte für die Quantentheorie galt.
Quanteneffekt In Quantensystemen sind bestimmte Größen wie etwa Energie quantisiert – das heißt, sie können keine beliebigen, sondern nur bestimmte diskrete Werte annehmen. Quanteneffekte machen sich in der Regel nur bei mikroskopisch kleinen Systemen wie Atomen, Atomkernen oder Molekülen bemerkbar.
Quantentheorie Die in den 20er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts durch Forscher wie Werner Heisenberg, Niels Bohr und Erwin Schrödinger entwickelte Quantentheorie kann sämtliche Quanteneffekte widerspruchsfrei erklären und gilt als gesichert. Demnach gibt es auch Phänomene und Zustände, die dem gesunden Menschenverstand, also unseren auf der makroskopischen Ebene gemachten Erfahrungen, zu widersprechen scheinen. So kann sich ein Quantensystem auch in einem Überlagerungszustand aus zwei Zuständen befinden. Genau das will man sich in der – zurzeit noch recht spekulativen – Quanteninformationsverarbeitung zunutze machen.
Nobelpreis 2012 Die Fortschritte auf diesem Gebiet sind unverkennbar. So wurden Serge Haroche und David Wineland im Jahr 2012 mit dem Physiknobelpreis geehrt. Die beiden Quantenoptiker hätten „bahnbrechende experimentelle Verfahren“ entwickelt, die es erlauben, Quantensysteme zu messen und zu manipulieren, ohne sie dabei zu zerstören, begründete die Nobelpreisjury ihre Entscheidung.
Sicherheitsproblem Aufgrund der besonderen Eigenschaften in der Quantenmechanik sollen Computer künftig nicht nur schneller, sondern auch intelligenter große Rechenleistungen bearbeiten. Damit wären aber auch Verschlüsselungsverfahren überholt, die heute noch als sicher angesehen werden. In der Kryptografie gilt ein Code als sicher, wenn er in einer sinnvollen Zeitspanne nicht entschlüsselt werden kann.
Rechenleistung
Superrechner "K Computer" stellt Weltrekord auf So ist es etwa österreichischen Wissenschaftlern mit hohem technischem Aufwand gelungen, einen Quantencomputer zu bauen, in dem 14 sogenannte Quantenbits ihre Rechenleistung entfalten.
Das beweist zwar, dass diese Technik grundsätzlich funktioniert, doch so winzige Quantencomputer können den heutigen Computern noch nicht die Stirn bieten.
Heutige Verschlüsselungen sind in Gefahr
Ob in den Labors der Geheimdienste möglicherweise schon Quantencomputer mit einer deutlich höheren Leistungsfähigkeit stehen als in Forschungslabors der Universitäten, ist Gegenstand von Spekulationen. Doch naturgemäß wird es auf diese Frage weder eine Bestätigung noch ein Dementi geben.
Doch es ist sehr plausibel, dass es derzeit einen Wettlauf der großen Dienste bei der Entwicklung von leistungsfähigen Quantencomputern gibt. Wer zuerst über eine Technik verfügt, mit der sich Codierungen knacken lassen, die bislang noch als sicher gelten, hat schließlich einen klaren Wettbewerbsvorteil.
Doch wenn man sich darüber im Klaren ist, dass es wohl nur noch eine Frage der Zeit ist, bis die besten heute üblichen Codes von Quantencomputern gebrochen werden können, tut auch gut daran, sich alternative Verschlüsselungsmethoden zu überlegen, mit denen auch im Zeitalter der Quantencomputer vertrauliche Nachrichten ausgetauscht werden können.
Eine neue Art der Kryptografie
Interessanterweise werden Quantencomputer nicht nur heutige Codierungsverfahren obsolet machen, sondern die Quantenphysik eröffnet zugleich auch die Chance für eine ganz neue Art der Kryptografie, die eine absolut sichere Verschlüsselung ermöglichen wird.
Hier wird es also einen Paradigmenwechsel geben. Die Frage ist nur, wer zu welchem Zeitpunkt über welche quantenkryptografischen Fähigkeiten verfügen wird. Schade eigentlich, dass dieses spannende Rennen im Geheimen ausgetragen wird.
Die noch in den Kinderschuhen steckende Technik der Quantencomputer ist indes nicht nur für die verborgene Welt der Geheimdienste interessant. Überall, wo große Datenmengen ausgewertet und analysiert werden, dürften in Zukunft Quantencomputer eine Rolle spielen.
Der erste kommerzielle Quantencomputer
Dass sich dort ein lukrativer Markt entwickeln wird, glaubt nicht zuletzt die kanadische Firma D-Wave, die vor wenigen Monaten den ersten kommerziellen Quantencomputer mit 512 Quantenbits auf den Markt gebracht hat. Für den Supercomputer in Gestalt eines schwarzen Kubus verlangt das Unternehmen 15 Millionen Dollar.
Zu den ersten Kunden sollen Google, die Nasa und der Rüstungskonzern Lockheed Martin gehören. Sie alle haben zweifelsohne Bedarf an brillanter Rechenleistung. Ob auch die NSA einen D-Wave-Quantencomputer gekauft hat, ist nicht bekannt.
Für die wunderbaren Fähigkeiten der schwarzen Kiste, die allerdings auf Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunkts von minus 273 Grad Celsius gekühlt werden muss, dürfte man sich dort in jedem Fall interessieren.
Das nächste Modell kommt 2015
Geordie Rose, der Gründer und Chefentwickler von D-Wave, hat für das Jahr 2015 eine nächste Generation von Quantencomputern angekündigt, die dann über 2048 Quantenbits verfügen sollen.
Damit kommt man dann allmählich in einen Bereich, in dem die Quantencomputer ihre Überlegenheit gegenüber heutigen Rechnern ausspielen können.
Während gewöhnliche Computer mit digitalen Datenbits – den bekannten Nullen und Einsen des Digitalzeitalters – arbeiten, nutzen Quantencomputer sogenannte Quantenbits, auch Qubits genannt.
Viele konkurrierende Technologien
Das Besondere der Qubits besteht darin, dass sie sich gleichzeitig in mehreren Zuständen befinden können. Diese Zustände werden durch physikalische Eigenschaften von Quantenteilchen repräsentiert – beispielsweise durch die Magnetspins von Elektronen oder den Drehsinn von Lichtteilchen.
Es gibt also viele verschiedene Ansätze, wie man Quantencomputer praktisch umsetzen kann. Bei D-Wave ermöglichen supraleitende Chips die Quantencomputerei.
Ein grundsätzliches Problem beim Betrieb eines Quantencomputers ist die Notwendigkeit der Kühlung auf sehr tiefe Temperaturen.
Keine Technik für private Nutzer
Auch müssen die hochsensiblen Quantenrechner vor allen äußeren Einflüssen wie Vibrationen oder elektromagnetischen Wellen abgeschirmt werden.
Schon das macht die Nutzung aufwendig und teuer. Dass es sich hier also um Produkte handeln könnte, die wie ein PC auf dem Büroschreibtisch landen, ist aus heutiger Sicht pure Science-Fiction.
Wenn erst einmal leistungsfähige Quantencomputer für große Institutionen wie Universitäten zur Verfügung stehen, dürfte dies viele Bereiche der Forschung revolutionieren.
Simulation des menschlichen Gehirns
Für die Simulation so hochkomplexer Gebilde wie das menschliche Gehirn erscheinen Quantencomputer bestens geeignet. Manche Wissenschaftler spekulieren gar, ob sich nicht eines Tages die gesamte Leistungsfähigkeit eines menschlichen Gehirns mit einem Quantencomputer erzielen lassen könnte.
Was dies dann für die Zukunft der Menschheit bedeuten würde, davon hat vermutlich nicht einmal Edward Snowden einen blassen Schimmer.
© |
Thread abonnieren
