Was ist ein Quantenrechner?

Als Quantenrechner oder korrekter ausgedrückt als Quantencomputer bezeichnen Physiker einen Computer, der die Gesetze der Quantenphysik nutzt, um bestimmte Aufgaben in kurzer Zeit zu lösen, für die klassische Computer, also PCs oder Smartphones, aber auch Hochleistungsrechner in großen Rechenzentren sehr lange Rechenzeit benötigen. Zu diesen Aufgaben zählen Probleme aus der Materialforschung, der Quantenchemie aber auch Optimierungsprobleme, die unter anderem auftreten, wenn ein Logistik-Unternehmen optimale Routen für Zustellungen berechnet. Ein Quantencomputer kann solche Aufgaben im Prinzip schneller lösen, da es für ein Quanten-Bit, kurz Qubit, nicht nur die Einstellung 0 und 1 gibt wie für ein klassisches digitales Bit, sondern auch alle möglichen Zustände dazwischen. Physiker sprechen von Überlagerungszuständen. Auch ein Quantenregister, das heißt ein Ensemble von Quantenbits, kann alle möglichen Überlagerungszustände gleichzeitig annehmen. Die Qubits eines Quantenregisters werden dabei verschränkt, das heißt sie sind nicht mehr unabhängig voneinander zu betrachten, sondern als ein Quantenobjekt. So wird es möglich, verschiedene Lösungen für ein Problem parallel zu testen, die ein klassischer Computer alle nacheinander abarbeiten muss.

Einen Quantencomputer, der das für praxisrelevante Probleme leistet, gibt es derzeit noch nicht, weltweit arbeiten Forscher aber daran ihn zu realisieren. Ihr größtes Problem ist dabei, dass die Quantenteilchen und die Zustände, die sie für Quantenrechnungen einnehmen müssen, sehr empfindlich sind. Daher versuchen Physiker die Quantenteilchen und ihre Zustände immer besser vor Störungen zu schützen.