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Mythos #1: „Quantencomputer werden klassische Computer ersetzen.“
Unser erster Mythos beschäftigt sich mit einer recht typischen Vorstellung: eine neue Technologie kommt und verdrängt die alte – und das in einem solchen Maße, dass die alte Technologie durch die neue ersetzt wird.
Doch wie wahr ist die oft formulierte Aussage, dass Quantencomputer klassische Computer ersetzen werden? Steht die klassische Rechenarchitektur vor ihrem letzten Standbein und wird bald von der Quanteninformatik abgelöst? Werden in einigen Jahren alle Haushalte ihren eigenen Quantencomputer, einen Quanten-PC, besitzen? Oder sind andere Entwicklungen zu erwarten?
Um es deutlich zu sagen, ist die Vorstellung, dass Quantencomputer klassische Computer vollständig ersetzen werden, ein Missverständnis. Dieser Mythos entsteht aus einem Missverständnis der unterschiedlichen Rollen und Fähigkeiten jeder Computerart. Während Quantencomputer bei bestimmten komplexen Problemen erhebliche Vorteile bieten, sind sie nicht dazu vorgesehen, klassische Computer für allgemeine Rechenaufgaben oder sogar für alle möglichen Aufgabengebieten zu ersetzen. Beide haben ihre Stärken und Schwächen – ein Einsatzgebiet in welchem sie durch ihre Nutzung Vorteile verschaffen.
Quantencomputer sind darauf ausgelegt, spezifische komplexe Probleme zu lösen mit denen klassische Computer Schwierigkeiten haben. So können Quantencomputer zum Beispiel bestimmte Berechnungen exponentiell schneller ausführen als klassische Computer, wie das Faktorisieren großer Zahlen mit dem Shors Algorithmus oder das Simulieren des Verhaltens von Quantensystemen. Diese Fähigkeiten haben erhebliche Auswirkungen auf Bereiche wie Kryptographie, Materialwissenschaften und Optimierungsprobleme. In diesen Aufgabenbereichen wäre es möglich, dass Quantencomputer klassische Computer zum Teil ersetzen oder bedeutend ergänzen.
Für alltägliche Aufgaben wie Textverarbeitung, Web-Browsing und E-Mails bleiben klassische Computer jedoch hocheffizient und effektiv. Die Hardware- und Software-Ökosysteme, die um das klassische Computing herum aufgebaut sind, sind tief verwurzelt und für eine breite Palette von allgemeinen Aufgaben optimiert. Infolgedessen werden klassische Computer in Bereichen weiterhin dominieren, in denen ihre Effizienz und Zuverlässigkeit unübertroffen sind. In diesen Aufgabenbereichen werden Quantencomputer klassische Computer wahrscheinlich nicht ersetzen und auch nicht sonderlich ergänzen können.
Die komplementäre Natur des Quantencomputers und des klassischen Computings unterstreicht auch die grundsätzlichen Unterschiede in ihrer Architektur. Klassische Computer nutzen Bits. Ein Bit kann den Zustand 0 oder 1 haben. Verbindet man mehrere Bits, so ist es möglich über die Bitsequenz Informationen zu speichern. Darüber hinaus verwenden klassische Computer logische Gatter (wie bspw. das AND-Gatter) mit denen Operationen durchgeführt werden können. Quantencomputer nutzen sogenannte Quantenbits, auch Qubits genannt sowie Quantengatter. Beide sind fundamental anders als deren klassischen Pendants. Sie machen sich Prinzipien der Quantenmechanik – wie Superposition und Verschränkung – zunutze, um Berechnungen durchzuführen. Aus eben diesen fundamentalen Unterschieden folgt, dass die beiden Computertypen für unterschiedliche Aufgaben ausgelegt sind und unterschiedliche Rechenherausforderungen adressieren.
Mit Blick auf die Zukunft stellt sich also die Frage, wie man diese grundlegenden Unterschiede der Architektur beider Computertechnologien nutzen kann. Jede Art von Computer ist für unterschiedliche Aufgaben geeignet, für andere Aufgaben hingegen nicht geeignet bzw. ineffizient. Aus diesem Grund wird erwartet, dass in der Praxis Quantencomputer neben klassischen Computern arbeiten; anstatt sie zu ersetzen werden sie sie ergänzen. In vielen Szenarien werden Quantencomputer von klassischen Computern gesteuert werden, die Aufgaben wie Fehlerkorrektur, Datenvorverarbeitung und Nachbearbeitung der Ergebnisse übernehmen. Dieser hybride Ansatz nutzt die Stärken beider Computertypen und ermöglicht leistungsfähigere und vielseitigere Rechenlösungen.
Die meisten Experten sind sich einig, dass Quantencomputer in spezifischen Bereichen revolutionäre Fortschritte bringen werden, aber klassische Computer nicht obsolet machen. Quantencomputer werden Lücken füllen, in denen klassische Computer an ihre Grenzen stoßen. Diese komplementäre Beziehung stellt sicher, dass beide Computertypen koexistieren werden, wobei jeder in seinen jeweiligen Domänen Exzellenz erreicht.
Die Entwicklung und praktische Implementierung der Quantencomputing-Technologie befindet noch im frühen Stadium. Es bleiben signifikante Herausforderungen bei der Herstellung skalierbarer, fehlertoleranter Quantencomputer, die in der Lage sind, klassische Computer bei praktischen Anwendungen zuverlässig und konsistent zu übertreffen. Während sich die Quantentechnologie weiterentwickelt, wird sie die Fähigkeiten der klassischen Informatik erweitern, aber der vollständige Ersatz klassischer Computer ist weder machbar noch sinnvoll.
Schlussfolgerung
- Quantencomputer sind nicht darauf ausgelegt, klassische Computer zu ersetzen und deren Aufgaben im vollständigen Maße zu übernehmen. Sie werden eher klassische Computer ergänzen und Lösungen für spezifische, komplexe Probleme bieten, die klassische Computer nicht effizient lösen können.
- Klassische Computer werden für die meisten allgemeinen Aufgaben unentbehrlich bleiben, während Quantencomputer neue Möglichkeiten in spezialisierten Forschungs- und Industriebereichen erschließen werden.
- Quantencomputer haben zwar einen Vorteil bei ausgewählten Problemen gezeigt, wie bspw. der Primzahlfaktorisierung, hochdimensionalen Problemen oder der Simulation großer Quantensysteme. Trotz allem ist selbst bei aktuellen Quantencomputern eine klassische Verarbeitung erforderlich, um die Daten auszuwerten.
Die Hardwarearchitektur von Quantencomputer ist fundamental anders. Eine Ersetzung der klassischen Computer durch Quantencomputer wird nicht stattfinden. Stattdessen werden die Stärken beider Technologien genutzt werden.