Ihr Laptop verarbeitet Informationen wie alle konventionellen Computer: Durch Manipulation von Elektrizität in Siliziumchips. Winzige Stromimpulse werden ein- oder ausgeschaltet und kodieren logische Zustände wie wahr/falsch oder binäre Zahlen 1/0. Die gesamte klassische Computertechnik basiert auf logischen Operationen mit Bits.
Quantencomputer hingegen arbeiten mit einzelnen Quantenteilchen wie Elektronen oder Photonen – den sogenannten Qubits.
Die außergewöhnliche Leistungsfähigkeit entsteht durch bizarre Quanteneffekte. Elektronen können dank ihres Spins gleichzeitig oben und unten sein, Photonen vertikal und horizontal polarisiert.
Diese Quantenüberlagerung erlaubt einem Qubit, beide Zustände gleichzeitig einzunehmen – bis eine Messung oder Störung (z. B. Vibrationen) den Zustand kollabieren lässt. Dieses Phänomen, die Dekohärenz, ist die größte Herausforderung.
Um sie zu verhindern, isolieren Forscher Qubits in Vakuumkammern bei Temperaturen kälter als im Weltall. Ergänzend nutzen sie die Quantenverschränkung: Eigenschaften verschränkter Teilchen sind instantan korreliert, unabhängig von der Entfernung.
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Bei zwei verschränkten Teilchen mit Gesamtspin Null: Misst man bei einem einen Uhrzeigersinn-Spin, hat das andere sofort Gegenspin – selbst über weite Distanzen.
Verschränkte Qubits können so immense Zustandsvielfalt parallel darstellen. Googles Sycamore mit 53 Qubits meisterte über 10.000.000.000.000.000 (10 Billiarden) Kombinationen: Eine Rechnung in 200 Sekunden, für die ein Supercomputer 10.000 Jahre benötigen würde.
Theoretisch ermöglicht dies Quantenüberlegenheit für unlösbar komplexe Probleme. Doch die empfindlichen Bedingungen machen tragbare Quantenprozessoren noch zur Zukunftsmusik.
Gefragt von: Kamila Makin, Manchester