Was ist ein
Quantencomputer?

Kurz und knapp

Ein Quantencomputer ist ein Computer, der die Regeln der Quantenphysik nutzt, um bestimmte Probleme anders zu berechnen als klassische Computer. Statt nur mit 0 oder 1 zu arbeiten, können sogenannte Qubits mehrere Möglichkeiten gleichzeitig abbilden, wodurch bestimmte komplexe Berechnungen stark beschleunigt werden können.

EGD und SwissHDS

5 Grundprinzipien

Qubits: Die Grundeinheit eines Quantencomputers – vergleichbar mit Bits bei normalen Computern.

Superposition: Ein Qubit kann vereinfacht gesagt gleichzeitig verschiedene Zustände repräsentieren.

Verschränkung: Mehrere Qubits können so miteinander verbunden sein, dass ihre Zustände voneinander abhängen.

Interferenz: Wahrscheinlichkeiten verschiedener Lösungen können verstärkt oder abgeschwächt werden.

Messung: Am Ende der Berechnung werden die Qubits gemessen und liefern ein konkretes Ergebnis.

Die 5 Grundprinzipien im Detail

1. Qubits

Ein klassischer Computer arbeitet mit Bits:

0 oder 1

Ein Quantencomputer arbeitet mit Qubits. Diese können vor einer Messung Kombinationen von 0 und 1 darstellen.

2. Superposition

Durch die Superposition kann ein Quantensystem mehrere mögliche Zustände gleichzeitig berücksichtigen.

Vereinfacht:

Klassischer Computer: untersucht Wege nacheinander.
Quantencomputer: kann bestimmte Eigenschaften vieler möglicher Wege gleichzeitig verarbeiten.

Das bedeutet aber nicht, dass er automatisch jede mögliche Lösung gleichzeitig ausrechnet.

3. Verschränkung

Qubits können miteinander verschränkt werden. Dadurch lässt sich der Zustand eines Qubits nicht mehr unabhängig von den anderen beschreiben.

So können komplexe Zusammenhänge zwischen vielen Variablen dargestellt werden.

4. Interferenz

Quantenalgorithmen nutzen Interferenz, um:

wahrscheinliche richtige Lösungen zu verstärken
und
unerwünschte Ergebnisse abzuschwächen.

Am Ende soll dadurch die gewünschte Lösung mit möglichst hoher Wahrscheinlichkeit gemessen werden.

5. Messung

Sobald die Qubits gemessen werden, erhält man klassische Werte wie 0 oder 1.

Darum muss ein Quantenalgorithmus so aufgebaut sein, dass die gesuchte Antwort am Ende mit hoher Wahrscheinlichkeit erscheint.

Quantencomputer im Gesundheitswesen

Quantencomputer könnten langfristig insbesondere dort interessant werden, wo sehr viele mögliche Kombinationen oder komplexe Moleküle analysiert werden müssen.

Mögliche Anwendungen sind beispielsweise Medikamentenentwicklung und Molekülsimulation, die Optimierung komplexer Behandlungs- oder Versorgungsprozesse sowie bestimmte Bereiche der Genom- und Datenanalyse. Gleichzeitig könnten leistungsfähige Quantencomputer heutige Verschlüsselungsverfahren gefährden – weshalb im Gesundheitswesen bereits heute Post-Quantum-Kryptografie relevant wird.