Das Quantencomputing stützt sich nicht auf das bei herkömmlichen Rechensystemen verwendete binäre System, sondern nutzt die beiden besonderen Eigenschaften von subatomaren Teilchen (Verschränkung und Überlagerung) zum Erstellen und Manipulieren einer als Qubit bezeichneten Verarbeitungseinheit.
Normale binäre Bits können zwei Werte codieren: 1 oder 0. Im Gegensatz dazu können Qubits Informationen als eine 1, eine 0, beide gleichzeitig oder einen Wert dazwischen codieren. Dadurch wird die Rechenleistung enorm gesteigert.
Quantencomputer gehen über die Grenzen des binären Rechensystems hinaus und finden Lösungen wesentlich schneller. Darüber hinaus können sie die kombinatorischen Berechnungen durchführen, mit denen herkömmliche digitale Rechensysteme Schwierigkeiten haben. Und das ist in der Welt der Computer von erheblicher Bedeutung:
Cybersicherheit: Heute hängen viele Technologien zum Knacken von Codes von roher Rechengewalt ab, um sich durch verschiedene Kombinationen von Codes durchzuarbeiten. Das Quantencomputing führt diese Berechnungen wesentlich schneller aus – ein klarer Vorteil für Angreifer, aber eine ernsthafte Herausforderung für alle, die ihre Daten schützen wollen.
Die wahrgenommene Bedrohung durch Quantenalgorithmen gegenüber herkömmlichen Cybersicherheitsmodellen ist tatsächlich so ernst, dass das Wettrennen um die Erstellung von quantumresistenter Kryptografie begonnen hat. Forschende von Intel sind Teil dieser Initiative: 2020 veröffentlichten sie ein Whitepaper über einen BIKE(Bit-Flipping Key Encapsulation)-Ansatz zum Generieren von Post-Quantum-Sicherheitsalgorithmen, der vom US National Institute of Standards Technik (NIST) in Betracht gezogen wurde.
Forschung und Entwicklung: Ein Großteil der Forschung, insbesondere auf dem Gebiet des Bioengineering und der chemischen Verfahrenstechnik, hängt von dem Verständnis der Bindungsmuster zwischen verschiedenen Molekülen ab. Die Anzahl der möglichen Berechnungen kann jedoch exponentiell wachsen, da die Moleküle immer komplexer werden. Mit der Quantentechnik können Forschende diese Reaktionen effektiver modellieren und die Entdeckung von Arzneimitteln und Materialien beschleunigen.
So werden Forschende von Microsoft beispielsweise bald Quantencomputer verwenden, um die spezifischen molekularen Prozesse innerhalb bakterieller Reaktionen zu identifizieren, die zur Herstellung von Düngemitteln verwendet werden können: derzeit ein stark emissionsintensiver Prozess.
Finanzanalyse: Finanzunternehmen haben in der Vergangenheit Unsummen dafür ausgegeben, um nur den winzigsten Vorsprung gegenüber ihren Mitbewerbern zu erlangen (siehe beispielsweise das Wettrennen um das Reduzieren von Latenz im Hochfrequenzhandel), und Quantencomputing bildet da keine Ausnahme.
Dank seiner Fähigkeit, riesige Mengen an Informationen schnell zu verarbeiten, kann Quantencomputing bei der Preisgestaltung und Preisfindung als leistungsstarkes Tool dienen; 2019 veröffentlichten Forschende bei JPMorgan Chase und IBM ein Whitepaper, in dem dargelegt wurde, wie Quantencomputer zur Verbesserung des für finanzielle Prognosen verwendeten Monte Carlo-Modells eingesetzt werden könnten.
Meteorologie: Wettersysteme sind bekanntermaßen äußerst komplex, sodass selbst mit modernster Technologie und Methodik Wetterberichte noch immer unzuverlässig sind. Bei vielen Menschen auf der ganzen Welt hängt beispielsweise die Existenzgrundlage von Wettermustern ab oder sie sind durch extreme Wetterereignisse gefährdet. Da können genaue Wetterberichte über Leben oder Tod entscheiden.
Da Quantencomputing die gleichzeitige Verarbeitung riesiger Informationsmengen ermöglicht, könnte es bei unserer Fähigkeit zur Vorhersage des Wetters zu einem echten Paradigmenwechsel führen. So versucht beispielsweise das Quantencomputing-Startup-Unternehmen Rigetti (gemeinsam mit Intel, einem der Mitglieder der Chicago Quantum Exchange), Quantenmodelle gerade für diesen Zweck zu nutzen und zuverlässige, verwertbare Quanten-Wetteranalysen zu bieten.
Der Weg zur Praxistauglichkeit der Quantentechnologie
All dies beruht derzeit auf reinen Spekulationen – benötigt wird eine wirklich praxistaugliche, skalierbare Infrastruktur für das Quantencomputing. Und Intel leistet seinen Beitrag zu diesem Ziel.
Dazu zählen unser eigener Quantenprozessor (der Tangle Lake Chip mit 49 Qubit) sowie die Technologie, mit deren Hilfe in Zukunft die Entwicklung leistungsstarker Quantencomputing-Prozesse ermöglicht wird. So kann beispielsweise der kryogene Steuerchip von Intel dazu beitragen, die extrem niedrigen Temperaturen, die für erfolgreiche Quantenoperationen erforderlich sind, aufrechtzuerhalten und zu verwalten.
Derartige Fortschritte bringen uns jeden Tag ein Schritt weiter bei der Entwicklung wirklich praxistauglicher Funktionalitäten. Und wenn wir einmal so weit sind, stellen die hier genannten Möglichkeiten nur einen Bruchteil einer radikal veränderten IT-Landschaft dar.