Wie alle herkömmlichen Computer manipuliert Ihr Laptop die Elektrizität in seinen Siliziumchips. Winzige Mengen an elektrischem Strom werden ein- oder ausgeschaltet und stellen logische Signale wahr und falsch oder binäre Zahlen eins und null dar. Alle herkömmliche Computerhardware basiert aus diesem Grund auf logischen Operationen mit binären Ziffern (Bits).
Quantencomputer manipulieren jedoch einzelne Quantenelemente wie Elektronen oder Photonen, die in diesem Zusammenhang als Qubits bezeichnet werden.
Es sind die seltsamen Quanteneigenschaften dieser winzigen Teilchen, die Quantencomputern ihre Leistung verleihen. Zum Beispiel können Elektronen aufgrund ihres „Spins“ gleichzeitig oben oder unten sein – und Photonen können vertikal oder horizontal sein.
Diese „Quantenüberlagerung“ bedeutet, dass sich ein Qubit gleichzeitig in beiden Zuständen befindet. Nun, das ist, bis es mit einem externen Faktor interagiert, der dann dazu führt, dass sein Zustand festgelegt wird – jede Vibration oder Störung in der Nähe kann diese Zusammenbrüche verursachen.
Um eine solche Quantendekohärenz zu verhindern, versuchen Wissenschaftler, die zerbrechlichen Überlagerungszustände von Qubits in Vakuumkammern und Kühlschränken zu bewahren, die kälter als der Weltraum sind. Qubits beruhen auch auf einer seltsamen Eigenschaft, die als Verschränkung bekannt ist, bei der die Eigenschaft eines Partikels mit einem anderen verschränkt ist.
Mehr davon
Hier wird es wirklich kompliziert. Wenn wir zwei verschränkte Teilchen mit einem Gesamtspin von Null herstellen und der Zustand eines Teilchens so zusammenbricht, dass sein Spin im Uhrzeigersinn ist, wird der Zustand des anderen Teilchens entgegen dem Uhrzeigersinn sein – selbst wenn die beiden Teilchen nicht annähernd beieinander liegen.
All dies bedeutet im Grunde, dass Qubits, sobald sie einmal verschränkt sind, verwendet werden können, um eine große Anzahl möglicher Zahlen gleichzeitig darzustellen. Zum Beispiel hatte Googles Quantencomputer Sycamore 53 Qubits, die mehr als 10.000.000.000.000.000 (10 Billiarden) Kombinationen gleichzeitig darstellen können. Das bedeutete, dass er in 200 Sekunden eine Berechnung durchführen konnte, für die ein gewöhnlicher Computer 10.000 Jahre brauchen würde.
Theoretisch bedeutet dies, dass ein Quantencomputer spezialisierte Berechnungen durchführen könnte, die für herkömmliche Computer unerreichbar sind (ein Konzept, das als Quantenvorteil oder Überlegenheit bezeichnet wird). Aber aufgrund der erforderlichen heiklen Speicherbedingungen ist es noch ein langer Weg, bis wir Quantenprozessoren in unseren Laptops haben können.
Gefragt von:Kamila Makin, Manchester