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Quantencomputer: Wie sie funktionieren und welchen Einfluss sie auf die digitale Wirtschaft haben

Quantencomputer von IBM (Foto: IBM)

Quantencomputer könnten für einen enormen Sprung in der Computertechnologie sorgen. Doch wie funktionieren sie eigentlich und wofür lassen sie sich einsetzen?

Auch der 16. Zukunftskongress des Leipziger Thinktanks 2B Ahead widmete sich traditionsgemäß einer Zukunftstechnologie. Die diesjährige Veranstaltung stand unter dem Motto: „Think Quantum – The Prediction of Everything“ und stellte die Herausforderungen und Möglichkeiten von Quantencomputern in den Mittelpunkt. Doch worin unterscheiden sich Quantencomputer von herkömmlichen Computern? Und was für einen Einfluss könnten sie auf Geschäftsmodelle in Zukunft haben? Das waren die zentralen Fragen der Veranstaltung.

So anders funktionieren Quantencomputer

Wer die Welt der Quantencomputer verstehen will, der muss komplett umdenken. Herkömmliche Computer rechnen in der sogenannten Booleschen Logik des „0“ und „1“ – entweder weist ein Bit den Zustand „0“ oder eben „1“ auf. Mit dieser Logik arbeiten Computer seit der Anfangszeit moderner Rechenmaschinen – auch heute noch.

Quantencomputer operieren völlig anders. Sie basieren auf sogenannten Qubits (Quantenbits), die auch zwei Zustände gleichzeitig haben können – etwa „0“ und „1“. Einfaches veranschaulichendes Beispiel: Stellt euch vor, ihr wollt mit eurem Auto aus einer Parklücke rausfahren und stoßt dabei nicht nur gegen das vordere Auto, sondern gleichzeitig auch gegen das hintere.

Die Logik dahinter stammt aus der Quantenphysik und ist gar nicht so neu – sie aber in eine funktionierende Maschine zu überführen, war lange Zeit eine große Herausforderung. Noch heute ist die Stabilität des Systems ein Problem, denn je höher die Zahl der verschalteten Qubits, desto höher die Fehlerrate. Einschränkend gilt auch, dass eine Skalierung der Qubits nicht einfach mehr Rechenkraft liefert. Die Vorstellung, Quantencomputer für jedes erdenkliches Problem einzusetzen, ist ein Trugschluss. Sie eignen sich hervorragend für die Berechnung von chemischen und physikalischen Problemen – beispielsweise, um Solarzellen effektiver zu machen. „Warum arbeitet ein Baum bei der Photosynthese mit einer 70-prozentigen Effizienz, Solarzellen aber nur mit einer 30-prozentigen?“, fragte etwa Alan Ho von Googles Quantum AI Lab auf dem Zukunftskongress.

Zudem gilt: Ingenieure müssen Algorithmen speziell an die Gegebenheiten von Quantencomputern anpassen. Bekannte Machine-Learning-Algorithmen eins zu eins auf Quantencomputer laufen zu lassen, funktioniert eben nicht. Dennoch arbeiten heute fast alle großen Tech-Unternehmen an Quantencomputer, weil sie eine enorme Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen Computern versprechen.

Praxisanwendungen? Die Vorhersage von allem

Was aber tun mit der Computing-Power eines Quantencomputers? Ein sehr anschauliches Beispiel präsentierte Martin Hoffmann, CIO von Volkswagen. Die VW-Ingenieure wollen mit Hilfe von Quantencomputern Verkehrsstaus vermeiden. Ein Pilotprojekt kombiniert herkömmliche Machine-Learning-Algorithmen auf GPU-Serverfarmen mit einem leistungsfähigen Quantencomputer. Ohne Quantum-Computing ließe sich zwar berechnen, wo in Echtzeit mit erhöhtem Verkehrsaufkommen zu rechnen ist, was Google Maps schon heute anzeigen kann – aber erst mit der Leistungsfähigkeit eines Quantencomputers scheint es laut Hoffmann möglich, für jedes einzelne Auto in Echtzeit zu berechnen, wann es besser rechts oder links abbiegen sollte, um das Aufkommen eines Staus vorab zu verhindern.

Stephan Brobst von Teradata erklärte, wie sich in Zukunft Geschäftsmodelle verändern könnten, wenn leistungsfähigere Ressourcen für Datenauswertungen zur Verfügung stehen. (Foto: Luca Caracciolo)

Der Rohstoff für solche granularen Vorhersagen sind Daten – je mehr, desto besser. Das ist erstmal nichts Neues, wenn aber deutlich leistungsfähigere Computer zur Verfügung stehen, diese Daten auszuwerten, dann könnte es laut den Vorstellungen der Quanten-Computer-Ingenieure dazu führen, dass „Patterns“ in den Daten viel besser herausgelesen werden können. Beispiel Gastronomie: Wenn ein Restaurant etwa vorab weiß, mit wie vielen Gästen an einem Dienstagabend im Juni zu rechnen ist, dann könnte es seine Einkäufe entsprechend anpassen, was dazu führt, dass deutlich weniger Lebensmittel entsorgt werden müssen.

Stephen Brobst, CTO des Big-Data-Unternehmens Teradata, veranschaulichte den möglichen Einfluss generell leistungsfähigerer Datenauswertungstechnologien – also nicht nur von Quantencomputern – anhand der Bluetooth-Zahnbürste. Wenn eine vernetzte Zahnbürste etliche Daten der Zahnpflege auswerten und dem Kunden genaue Auskunft darüber geben kann, welche Zähne er vielleicht besser putzen soll oder wann eine Kontrolle beim Zahnarzt nötig wird – „Was ist dann das eigentliche Produkt? Die Zahnbürste oder die Dienstleistung dahinter?“, so Brobst.

Und was ist mit dem Datenschutz?

Ein gewichtiges Thema bei der ganzen Debatte um Datenauswertung und daraus resultierende neue Geschäftsmodelle ist der Datenschutz – darüber wurde wenig auf dem Zukunftskongress geredet, es ging den Referenten und Experten vor allem darum, die anwesenden Teilnehmer für das Thema in einer technischen Perspektive zu sensibilisieren. Wenn aber eines Tages der Einsatz von Quantencomputern zunimmt und Daten noch viel besser, granulärer und persönlich zugeschnittener ausgewertet werden, dann stellt sich um so dringlicher die Frage, welche persönliche Daten wir herausgeben wollen – und ob wir überhaupt bei dieser Entscheidungsfindung berücksichtigt werden. Ohne die Kundendaten sind diese Geschäftsmodelle am Ende nämlich nicht viel Wert. Immerhin hat Brobst eine mögliche Lösung in Aussicht gestellt: Es müssten Systeme mit entsprechenden Schnittstellen entwickelt werden, die es erlauben, persönliche Daten auf Kundenseite sicher zu speichern. Unternehmen müssten dann Kunden um Erlaubnis bitten, wenn sie auf diese spezielle Daten zugreifen wollen. Ein abstrakter Ausblick – aber immerhin.

Passend dazu: 17 Qubits – IBM stellt ihren bislang mächtigsten universellen Quantenprozessor vor

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3 Reaktionen
lola

Wie funktionieren Quantencomputer ? keine Ahnung

ABER Datenschutz !!!! DUDUDU

Was ist denn das für ein Artikel ? Thema verfehlt 6

Luca Caracciolo

Wow, was für ein konstruktives Feedback.

Du hast ja offensichtlich viel mehr Ahnung, weshalb ich mich sehr darüber freuen würde, wenn du dieses Wissen mit uns teilen würdest.

Alex

die funktionsweise finde ich hier etwas besser erklärt, genauso wie die praktischen anwendungsmöglichkeiten: http://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/quanten-technik/einfuehrung-quantencomputer/
...zahnbürsten... wtf? ;-D

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