Quantencomputer

Eine grosse Hoffnung für die Zukunft, die aber noch in den Kinderschuhen steckt und weit hinter dem klassischen Computer herhinkt.

Im Internet (Wikipedia und andere Informations-Seiten) habe ich folgende Aussagen gefunden:

Ein klassischer Computer kann einen Quantencomputer simulieren, da die Wirkung der Gatter auf dem Quantenregister einer Matrix-Vektor-Multiplikation entspricht. Der klassische Computer muss nun einfach all diese Multiplikationen ausführen, um den Anfangs- in den Endzustand des Registers zu überführen. Die Konsequenz dieser Simulierbarkeit ist, dass alle Probleme, die auf einem Quantencomputer gelöst werden können, auch auf einem klassischen Computer gelöst werden können. Umgekehrt bedeutet dies, dass Probleme wie das Halteproblem auch auf Quantencomputern nicht gelöst werden können. Das heisst, auch der Quantencomputer ist kein Gegenbeispiel zur Church-Turing-These.
Umgekehrt kann ein Quantencomputer auch einen klassischen Computer simulieren. David Deutsch entwickelte 1985 ein formales Modell für einen Rechner, der in der Lage sein soll, beliebige physikalische Systeme effizient zu simulieren. Sein Modell ist das quantenmechanische Analogon zur klassischen Turing-Maschine, die Quanten-Turing-Maschine (QTM)
Im Mai 2023 stellte der Physiker Wissenschaftsjournalist Michael Brooks in der Fachzeitschrift Nature die Frage: „Quantencomputer: Wozu sind sie gut?“. In dem Artikel zitiert er Winfried K. Hensinger, der fünf Quantencomputer betreibt, mit den Worten: „Sie sind alle schrecklich. Sie können nichts Nützliches tun.“ Der zum Zeitpunkt der Veröffentlichung an der Anzahl der Qubits weltweit grösste Quantencomputer, Osprey von IBM, hat 433 Qubits. Selbst mit 2 Millionen Qubits könnten einige Berechnungen in der Quantenchemie ein Jahrhundert dauern, wie ein Preprint zeige. Um die aktuell modernste Kryptografie (2048 Bit RSA) in acht Stunden zu entschlüsseln wären 20 Millionen Qubits erforderlich.

Insgesamt sei es noch ein weiter und langer Weg, um mit Quantencomputern über das hinauszugehen, was mit klassischen Computern möglich ist. Auch der Start-up-Szene und ihren Investoren sei klar, dass „es noch viele Jahre dauern wird, bis der Zahltag kommt“. Der kurzfristige Hype sei aber ein bisschen hoch. Im Jahr 2021 zeigte eine Untersuchung, dass klassische (sogar exakte) Algorithmen dem D-Wave 2000Q Quantencomputer (mit 2000 Qbits) überlegen sind, selbst bei Problemen, die genau auf die Architektur des Quantencomputers zugeschnitten sind und liess Zweifel an der Überlegenheit aufkommen.

Ein weiterer Kritikpunkt bei Quantencomputern ist die ihre hohe Anfälligkeit. Aktuelle Fehlerraten (2021) sind für 1-Qubit-Gatter Grössenordnungen von: 0,1 % bzw. 1 Fehler je 1000. Schaltung und für 2-Qubit-Gatter 1 % bzw. 1:100.

So wie ich die Beschreibung des Quantencomputer verstanden habe,
wird das errechnete Ergebnis desto genauer,
je häufiger die Aufgabe durchgeführt wird,
aber nie wirklich ganz genau!