By Leon Sommer
Entdecken Sie, wie Quantencomputing, Überlagerung und Verschränkung Verschlüsselung, Blockchain und zukünftige Industrien beeinflussen.
Das Quantencomputing steht kurz davor, unsere Herangehensweise an komplexe Lösungen, den Umgang mit Informationen und die Datensicherheit grundlegend zu verändern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Computern, die auf elektrischen Schaltkreisen basieren, nutzt es die Mechanismen der Quantenphysik.
Doch was ist Quantencomputing? Dieser Leitfaden erklärt es detailliert und zeigt, wie es funktioniert.
Was ist Quantencomputing?
Quantencomputing unterscheidet sich von herkömmlichem Computing, da es auf den Gesetzen der Quantenmechanik basiert. Anstatt Bits (0 und 1) wie traditionelle Computer zu verwenden, arbeitet ein Quantencomputer mit dualen Zuständen, sogenannten Qubits.
Dank eines Konzepts namens Überlagerung können diese Qubits gleichzeitig sowohl im Zustand 0 als auch im Zustand 1 existieren. Das ermöglicht Quantencomputern, mehrere Berechnungen gleichzeitig durchzuführen, was sie leistungsfähiger macht als herkömmliche Computer.
Schlüsselkonzepte des Quantencomputing
Um Quantencomputing besser zu verstehen, müssen zwei Aspekte der Quantenphysik kombiniert werden.
Überlagerung
Überlagerung ermöglicht es einem Qubit, gleichzeitig die Werte 1 und 0 anzunehmen. In klassischen Computern kann ein Bit immer nur einen Wert (0 oder 1) gleichzeitig haben. Der Vorteil von Quantencomputern liegt darin, dass sie viele Möglichkeiten gleichzeitig in Betracht ziehen können, was die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht.
Beispiel:
- Ein klassischer Computer würde jede mögliche Lösung einzeln testen.
- Ein Quantencomputer testet alle Lösungen gleichzeitig, indem er Qubits in Überlagerung verwendet.
Verschränkung
Verschränkung beschreibt das Phänomen, bei dem der Zustand eines Qubits den Zustand eines anderen Qubits beeinflusst, selbst wenn sie räumlich getrennt sind. Sobald der Zustand eines verschränkten Qubits gemessen wird, wird auch der Zustand des anderen offengelegt.
Diese Verschränkung ermöglicht schnellere Operationen. Zusammen bilden Überlagerung und Verschränkung die Grundlage dafür, dass Quantencomputer klassische Computer bei bestimmten Aufgaben übertreffen.
Wie funktionieren Quantencomputer?
Hier ein kurzer Überblick über die Funktionsweise von Quantencomputern:
- Qubits erzeugen: Subatomare Teilchen wie Elektronen und Atome dienen als Qubits.
- Qubits isolieren: Qubits werden in speziellen Umgebungen wie Vakuumkammern gehalten, um Störungen zu vermeiden, da schon kleinste Einflüsse ihren Zustand stören können.
- Anwendung von Quanten-Gattern: Mit Quanten-Gattern werden die Zustände der Qubits gemessen, manipuliert, vorbereitet und verschränkt.
- Messung der Ergebnisse: Ein Laser wird verwendet, um den endgültigen Zustand der Qubits zu erkennen und Daten für zukünftige Anwendungen zu generieren.
Da Qubits sehr empfindlich auf ihre Umgebung reagieren, müssen Quantencomputer in streng kontrollierten Umgebungen mit Temperaturen unterhalb der des Weltraums betrieben werden.
Warum sind Quantencomputer so effizient?
Quantencomputer sind nicht „stärker“ im konventionellen Sinne; sie nähern sich Problemen auf andere Weise. Ein Standardcomputer kann jeweils nur eine Gleichung bearbeiten, während ein Quantencomputer mehrere gleichzeitig lösen kann.
Ein Grund dafür ist der Algorithmus von Shor, der zeigt, dass Quantencomputer extrem große Zahlen effizient verarbeiten können. Klassische Computer bräuchten dafür Tausende von Jahren, während Quantencomputer dies in viel kürzerer Zeit schaffen.
Das hat enorme Auswirkungen auf Verschlüsselung und Cybersicherheit.
Quantencomputer und Verschlüsselung
Quantencomputer könnten etablierte Systeme wie RSA und elliptische Kurvenkryptographie ersetzen, die in sicherer Kommunikation, E-Commerce und anderen Bereichen mit verschlüsselten Daten eingesetzt werden.
Diese Systeme sind deshalb sicher, weil die zugrunde liegenden mathematischen Probleme für herkömmliche Computer nicht lösbar sind. Quantencomputer könnten diese Verschlüsselungssysteme jedoch obsolet machen.
Beispielsweise würde ein traditioneller Supercomputer Millionen Jahre benötigen, um die Verschlüsselung von Bitcoin zu knacken. Ein Quantencomputer könnte dies in Minuten schaffen.
Aktuelle Einschränkungen des Quantencomputing
Trotz seiner Potenziale hat das Quantencomputing noch einige Hürden:
- Fragilität: Qubits sind empfindlich gegenüber Störungen und verlieren leicht ihren quantenmechanischen Zustand.
- Skalierbarkeit: Der Bau eines Quantencomputers mit zahlreichen stabilen Qubits ist technisch herausfordernd und teuer.
- Bedingungen: Quantencomputer benötigen streng kontrollierte Umgebungen, etwa Vakuumkammern mit Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt.
Ist Quantencomputing eine Bedrohung für Bitcoin und Blockchain?
Viele befürchten, dass Quantencomputer die Verschlüsselung von Kryptowährungen und Blockchains umgehen könnten. Entwickler arbeiten jedoch an Lösungen wie:
- Quantenresistente Blockchains: Projekte wie der Quantum Resistant Ledger (QRL) oder ähnliche Plattformen werden entwickelt.
- Hard Forks: Ethereum-Mitbegründer V. Buterin hat vorgeschlagen, Blockchain-Systeme zu ändern, um gegen Quantenangriffe gewappnet zu sein.
Fazit
Quantencomputing erregt Aufmerksamkeit, weil es in der Lage ist, Codes zu entschlüsseln, die für herkömmliche Computer unmöglich zu lösen sind. Dank der Quantenphysik können Supercomputer Aufgaben bewältigen, die bisher als unmöglich galten.
Obwohl diese Technik eine Herausforderung für Cybersicherheit und Blockchain-Verschlüsselung darstellen kann, ist die Verschlüsselung aktuell sicher, da Quantencomputer noch in den Kinderschuhen stecken.
Allerdings wird sich die Blockchain-Technologie anpassen müssen, wenn die Quantenforschung weiter voranschreitet.
