If you understand quantum physics, you do not understand quantum physics.
- Richard Feynman

Ich werde hier nicht versuchen Quantenphysik zu erklären, das könnte ich auch gar nicht, aber ich werde versuchen die Idee verständlich zu machen und warum ein Quantencomputer so spannend und unglaublich ist.

Quantencomputer sind Computer deren Funktionalität auf den Gesetzen der Quantenphysik basiert. Also nicht wie traditionelle Computer die, vereinfacht gesagt, mit einem binären Prinzip arbeiten.

Die Computer die wir aktuell verwenden arbeiten mit Bits. Ein Bit ist entweder 1 oder 0, oder noch einfacher “ein” oder “aus”. Das lässt sich leicht physisch darstellen und zwar mittels “Strom an” und “Strom aus”. Also praktisch die Funktionalität eines Relais.

Nach dieser Zeile ist es nötig sich von dem was man denkt über Realität zu wissen zu verabschieden.

Quantencomputer arbeiten mit etwas namens QBits. Diese funktionieren ähnlich, aber sie können zusätzlich sowohl 1 und 0 sein. Das ist doch das Selbe? Nein. Sie können nicht wie Bits 1 oder 0 sein sondern 1 und 0.

“Gleichzeitig” wäre hier übrigens das falsche Wort um das zu beschreiben. Da Zeit in der Quantenphysik eine ganz andere Geschichte ist, als das was ich von meiner Uhr ablese. Also, ganz stark vereinfacht, ein QBit kann in verschiedenen Zuständen sein, das Ganze nennt sich dann Superposition.

Schrödingers Katze ist tot ist lebendig!

Erwin Schrödinger war ein österreichischer Physiker, der bereits vor langer Zeit dieses paradoxe Prinzip überlagerter Zustände erklärte. Dazu erfand er ein Gedankenexperiment und dieses sieht wie folgt aus.

In einem vollkommen geschlossenem Raum befindet sich ein instabiler Atomkern und dieser zerfällt mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in einer gewissen Zeit. Des Weiteren befindet sich in diesem Raum ein Geigerzähler, welcher einen möglichen Zerfallt bemerken würde. Sollte der Geigerzähler diesen Zerfall bemerken wird Giftgas in dem Raum freigesetzt. Dummerweise befindet sich in diesem Raum auch Schrödingers Katze und diese würde in diesem Fall sterben.

Nun ist dieser Raum aber verschlossen und man kann nicht beobachten was darin basiert. Also ist die Katze, bis man den Raum öffnet, sowohl als tot als auch lebendig zu betrachten. Sie ist also in zwei überlagernden Zuständen.

Hier haben wir ein weiteres Prinzip der Quantenmechanik. In den Experimenten die wir kennen, werden die Ergebnisse nicht durch die Beobachtung beeinflusst, in der Quantenphysik schon und das ist deshalb so weil etwas in verschiedenen Zuständen sein kann bis man es, auf die eine oder andere Art, beobachtet oder misst.

Quanten sind verschränkt, manchmal, aber nicht immer, oder eigentlich schon, aber ist ja egal und auch egal wo.

Sofern ihr nicht bereits aufgehört habt zu lesen und auf der Suche nach Kopfschmerztabletten seid, habe ich hier noch ein weiteres wichtiges Prinzip der Quantenmechanik für euch.

Dieses Prinzip nennt sich “Verschränkung“. Es beschreibt die Möglichkeit, dass sich mehrere Teilchen unabhängig von deren Ort und Entfernung miteinander verbinden – “verschränken” – können. Das bedeutet, dass wenn man eine Eigenschaft eines Teilchens verändert man diese Änderung bei den verbundenen Teilchen ohne Verzögerungen auch messen kann und das ohne Zeitverzögerung und unabhängig von der Entfernung zwischen den Teilchen. Dieses Verhalten widerspricht vielem von dem was ihr vielleicht in der Schule in Physik gelernt habt.

A small step for Google, the NASA and D-Wave, but a giant leap for mankind.

Also warum ist dieses ganze wirre Zeug so spannend und ist das überhaupt real? Ja, Google, die NASA und ein Konzern namens D-Wave haben einen funktionierenden Quantencomputer gebaut und er ist in Betrieb in einem Forschungszentrum der NASA.

Sie benutzen dieses Ding um Optimierungsprobleme zu lösen und extrem große Datenmengen zu analysieren, denn genau dafür ist ein Quantencomputer ideal. Einem Quantencomputer ist es nämlich, wiedermal ganz vereinfacht gesagt, herzlich egal wie groß ein Dataset ist. Es funktioniert nicht wie auf einem traditionellem Rechner auf dem die benötigte Zeit und die Rechenzyklen mit der Größe der Daten bei gleichbleibender Aufgabe exponentiell wachsen. Einem Quantencomputer ist das egal  – oder so ähnlich.

Nun sehen wir auch warum die NASA und Google daran interessiert sind. Diese beiden Konzerne haben nämlich genau solche gigantischen Datenmengen aus denen sie Schlüsse ziehen wollen – denen sie eine Bedeutung geben wollen.

We don’t know what the best questions are to ask this computer, that’s exactly what we are trying to understand now.

Aber wir stehen vor einem weiteren Paradoxon. Wir wissen noch gar nicht wie wir dieses Ding am Besten verwenden sollen oder zu was es fähig ist und das obwohl wir es gebaut haben. Wir stehen wieder ganz am Anfang.

Alles was wir wissen ist, dass dieses Ding, diese Technologie, unglaublich mächtig ist. Wir wissen auch, dass es theoretisch jegliche Kryptographie, wie wir sie kennen, nutzlos machen könnte, weil sie damit in “Null Zeit” knackbar ist.

Ich bin gespannt, nervös und voll Vorfreude darauf was wir – die Menschheit – mit diesem Ding vollbringen werden können und sicher, dass die Welt von Morgen so unvorstellbar wird, dass wir heute noch nicht einmal die Wörter haben um sie zu beschreiben.

Abschließend habe ich hier noch ein Video für euch in dem Google, die NASA und D-Wave euch sehr unterhaltsam erklären wie deren Quantencomputer funktioniert und ihr seht wie er aussieht und soviel sei verraten ich finde ihn sowas von hübsch!