Was ist ein Quantencomputer?

Ein Quantencomputer ist ein spezieller Computer, der nicht wie herkömmliche Computer mit Bits (0 oder 1) rechnet, sondern mit Qubits (quantum bits), die sich aufgrund der Gesetze der Quantenmechanik in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden können.

Hier die wichtigsten Unterschiede und Eigenschaften:

1. Klassischer Computer

• Arbeitet mit Bits: Jede Recheneinheit ist entweder 0 oder 1.
• Rechenoperationen laufen Schritt für Schritt ab.
• Gut für Alltagsaufgaben wie Textverarbeitung, Internet, Spiele, Datenbanken.

2. Quantencomputer

• Arbeitet mit Qubits:
  • Superposition: Ein Qubit kann gleichzeitig 0 und 1 sein.
  • Verschränkung (Entanglement): Mehrere Qubits können so miteinander verbunden sein, dass der Zustand des einen sofort vom anderen abhängt – egal, wie weit sie räumlich getrennt sind.
• Dadurch kann er viele Rechenwege parallel durchprobieren.
• Extrem leistungsfähig bei bestimmten Problemen:
  • Kryptographie knacken
  • Molekül- und Materialsimulationen
  • Optimierungsprobleme (z. B. Logistik, KI-Training)

3. Warum nicht jeder einen hat

• Qubits sind sehr empfindlich: Sie verlieren schnell ihren Quantenzustand (Dekohärenz).
• Quantencomputer brauchen oft Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (−273 °C) oder sehr aufwendige Laserfallen.
• Noch im Entwicklungsstadium – aktuelle Modelle sind eher Forschungsgeräte als Alltagscomputer.

Einfaches Bild:
Stell dir vor, ein klassischer Computer sucht in einem Labyrinth, indem er jeden Weg einzeln abläuft.
Ein Quantencomputer kann – bildlich gesprochen – alle Wege gleichzeitig ausprobieren und dann den richtigen „herauslesen“.

Stell dir eine Münze vor:

• In der klassischen Welt (normaler Computer) liegt sie entweder Kopf oder Zahl oben. Das entspricht 0 oder 1.
• In der Quantenwelt (Qubit) dreht sich die Münze in der Luft – und während sie fliegt, ist sie gleichzeitig in einem Zustand, der Kopf und Zahl kombiniert.
• Erst wenn du „nachschaust“ (also misst), fällt die Münze auf den Tisch und zeigt entweder Kopf oder Zahl.

Das ist Superposition:
Solange niemand misst, existieren beide Möglichkeiten gleichzeitig in einer Art „Überlagerung“.

Bonus:
Mit mehreren Qubits passiert noch etwas Verrückteres: Wenn du z. B. zwei „fliegende“ Münzen hast, können sie verschränkt sein – dann entscheidet das Ergebnis der einen sofort das Ergebnis der anderen, egal wie weit sie voneinander entfernt sind.

Das Labyrinth der Millionen Türen

Stell dir vor, du stehst in einer riesigen Halle mit 1 Million Türen.
Nur eine führt zum Schatz, die anderen gehen ins Leere.

• Klassischer Computer:
  Du gehst zu Tür 1, probierst sie. Falls falsch → Tür 2, dann Tür 3, und so weiter. Das kann ewig dauern.
• Quantencomputer mit Superposition:
  Du schickst dich selbst als Million Kopien gleichzeitig los – jede Kopie prüft eine andere Tür zur selben Zeit.
  Wenn alle wieder zusammenkommen, sagt dir die Quantenmagie sofort, welche Tür die richtige ist.

Was hier passiert:

• Die Million Kopien sind wie Qubits in Superposition: Sie repräsentieren alle Möglichkeiten gleichzeitig.
• Messung ist wie das Zusammenrufen aller Kopien am Ende – du bekommst eine konkrete Antwort.
• Der Trick: Durch geschickte Quanten-Algorithmen kann der Computer den „richtigen Weg“ verstärken und alle falschen Möglichkeiten auslöschen, bevor du misst.

Bild im Bild:
Ein Qubit ist wie ein winziger Zeiger, der nicht nur „links“ oder „rechts“ zeigt, sondern auf einer Kugeloberfläche in allen möglichen Richtungen zugleich.
Ein Quantenalgorithmus ist dann wie eine Choreographie, die all diese Zeiger so dreht, dass sie bei der Messung alle auf die richtige Antwort „zeigen“.

Werner Eberwein