Quantencomputing: Die Zukunft der IT-Systeme

Quantencomputing wird in der Lage sein, massive Datenmengen in außergewöhnlich schnellen Geschwindigkeiten zu verarbeiten, aber es gibt Herausforderungen in der Datenspeicherung. Wie werden heutige Speichersysteme mithalten können? Es wird erwartet, dass Quantencomputing der nächste Schritt in der Evolution der IT-Systeme sein wird. Genau wie der Mehrkernprozessor es Computern ermöglicht hat, mehrere Aufgaben parallel auszuführen, werden Quantenprozessoren einen enormen Fortschritt in der Rechenleistung darstellen und die Durchführung komplexer Aufgaben in einem Bruchteil der bisher benötigten Zeit ermöglichen. Quantencomputer nutzen, wie der Name schon sagt, die Quantenmechanik - den Zweig der Physik, der sich mit atomaren und subatomaren Teilchen beschäftigt - um die Grenzen der existierenden Computersysteme zu überwinden. Die Prinzipien der Überlagerung von Zuständen und der Quantenverschränkung ermöglichen eine andere Berechnungsmethode als die derzeit verwendete. Ein Quantencomputer kann potenziell mehr Zustände pro Einheit von Informationen - sogenannte Quantenbits oder Qubits - speichern und mit viel effizienteren Algorithmen auf numerischer Ebene arbeiten. Qubits sind ein Zweizustand-Quantensystem. Aufgrund der Überlagerung können sie jedoch gleichzeitig beide Zustände - 1 und 0 - haben. In einem klassischen Computersystem müsste ein Bit in einem Zustand oder dem anderen sein - 1 oder 0. Die Quantenmechanik ermöglicht es einem Qubit, in einem kohärenten Überlagerungszustand beider Zustände gleichzeitig zu sein, eine Eigenschaft, die fundamental für die Quantenmechanik und damit für das Quantencomputing ist. "Im Kern der Potenzial von Quantencomputern für eine exponentiell höhere Rechenleistung liegt die Fähigkeit des Qubits, in einem Zustand der Überlagerung zu existieren", erklärt Martin Weides, Professor für Quantentechnologien an der Universität Glasgow. "Es gibt Ihnen eine statistische Antwort auf Wahrscheinlichkeiten und dann wiederholen Sie die Berechnung eine Anzahl von Malen und verstärken dieses Ergebnis. Am Ende erhalten Sie ein Ergebnis, aber nicht mit 100% Sicherheit." Eines der Hauptprobleme von Quantencomputern ist, dass ihre Speichersysteme aufgrund der Quanten-Dekohärenz für die Langzeitlagerung ungeeignet sind. Dekohärenz tritt auf, wenn Quantencomputing-Daten in vorhandene Datenspeicherungsrahmen gebracht werden und dazu führen, dass Qubits ihren Quantenstatus verlieren, was zu beschädigten Daten und Datenverlust führt. "Quantenmechanische Bits können nicht lange gespeichert werden, da sie dazu neigen, nach einer Weile zusammenzubrechen und zu zerfallen", sagt Weides. "Je nach verwendeter Technologie können sie innerhalb von Sekunden zusammenbrechen."