Ein Quantencomputer funktioniert grundlegend anders als ein klassischer Computer. Während klassische Computer mit Bits arbeiten, die entweder den Wert 0 oder 1 haben, verwendet ein Quantencomputer Qubits (Quantenbits), die auf den Prinzipien der Quantenmechanik beruhen. Ein Quantencomputer nutzt Quantenzustände zur Informationsverarbeitung. Dabei spielen drei zentrale Phänomene der Quantenmechanik eine Rolle:
Superposition: Ein Qubit kann gleichzeitig in den Zuständen 0 und 1 sein – nicht nur entweder/oder. ➤ Das erlaubt es, viele Rechenwege gleichzeitig zu verfolgen.
Verschränkung (Entanglement): Zwei oder mehr Qubits können so miteinander „verknüpft“ sein, dass der Zustand des einen sofort den des anderen bestimmt – auch über große Entfernungen. ➤ Dadurch entstehen starke Korrelationen, die klassisch nicht möglich sind.
Quanteninterferenz: Die Wahrscheinlichkeiten verschiedener Zustände überlagern sich, wobei unerwünschte Ergebnisse ausgelöscht und korrekte verstärkt werden. ➤ Dies wird genutzt, um gezielt richtige Lösungen zu verstärken.
Klassischer Computer
Quantencomputer
Arbeitet mit Bits (0 oder 1)
Arbeitet mit Qubits (0, 1 oder beides)
Rechnet seriell oder parallel
Nutzt Superposition für massive Parallelität
Logik basiert auf Boolescher Algebra
Logik basiert auf Quantenlogik (Unitäre Operationen)
Ergebnis ist eindeutig
Ergebnis muss aus einer Wahrscheinlichkeitsverteilung gelesen werden
Quantencomputer lassen sich mit verschiedenen Technologien bauen – die Materialwahl hängt von der Art des Qubits ab.
Multiplikation 3 x 7 = 21
Faktorisierung 21 --> 3 und 7
Multiplikation 67 x 83 = 5561 (einfach)
Faktoriserung 5561 --> 67 und 83 (sehr schwer)
Um sicher das Ergebnis zu finden, müssten wir alle Zahlen von 2 bis 5561 testen.
Ein „Trick“ ist es die Wurzel der Zahl als eine Orientierung nehmen und dann viele Zahlen nahe des Wurzelergebnisses zu prüfen. Am Ende müssen wir immer noch viele Zahlen testen, aber weniger als 5000.
RSA verwendet sehr große Primzahlen, die eine Mindestabstand voneinander haben müssen. Die Faktorisierung ist mit klassischen Computer nicht fassbar. Normale Computer brauchen Jahrhunderte für eine Lösung, während Quantencomputer das Ergebnis mit dem Shor-Algorithmus schneller finden können. Der Shor-Algorithmus ist nur auf einen echten Quantencomputer ausführbar.
Vorteile der Quantencomputer
Ein funktionierender Quantencomputer bringt nicht nur Probleme in der Verschlüsselung mit sich, sondern bringt uns auch massive Vorteile in unserem Alltag.
Ein echter Quantencomputer kann Optimierungsprobleme genau lösen, die auf klassischen Computer viel zu lange Rechenzeiten brauchen. Dazu gehört z. B. bessere Routenfindung, Medizinentwicklung und Mustererkennung. Klassische Computer nutzen Annäherungsverfahren und Modellierungen, um ein gutes Ergebnis zu erhalten, aber nicht das Beste.
Zwischen Marketing, Unverständnis und süßen Hunden
Quantencomputer zu verstehen, ist keine einfache Sache. Ich habe hier die Grundlagen zusammengetragen, damit Du eine bessere Übersicht hast. 99 % der Bevölkerung werden sich aber nicht mal einen Grundlagen-Artikel zu Quantencomputern durchlesen, sondern nur die Überschriften die Medien ihnen vorkauen.
Selbst wenn Du studiert bist z.B. Informatik-Student, sind Quantencomputer oft kaum Teil des Studiums. Es gibt um klassische Transistor-Computer, die mit Stromkreisen und Schaltern funktionieren.
Quantencomputer zu verstehen ist kein Zuckerschlecken
Auf der anderen Seite haben wir die Doktoren, Forscher und Professoren, die bei großen Unternehmen wie Google, IBM oder Microsoft in den Forschungsgruppen für das Quantencomputing arbeiten. Die Forschung mit Quantencomputer ist sehr teuer, weil viele Quantencomputer Prototypen sind. Damit die Forschungsgelder weiter fließen müssen die Forscher Erfolge vorweisen und erklären, dass Quantencomputern den klassischen Computern überlegen sind.
Gefährliche Wissensdifferenz
Die Wissensdifferenz zwischen Physikexperten und der Rest der Bevölkerung hat dazu geführt, dass viele Unternehmen große Fortschritte (Quantenüberlegenheit) meldeten, aber keiner versteht was jetzt passiert. Quantencomputer sind immer noch ein Nischenprodukt und haben den klassischen Computer nicht abgelöst.
Physik Experiment vs. Hund
Die Veröffentlichung Replikation von Quanten-Faktorisierung-Rekorden mit einem 8-Bit-Heimcomputer, einem Abakus und einem Hund (Replication of Quantum Factorisation Records with an 8-bit Home Computer, an Abacus, and a Dog) https://eprint.iacr.org/2025/1237.pdf wirft ein schlechtes Licht auf die Forscher. Der Autor verfasst einen wissenschaftlichen Stand-der-Technik-Bericht, der Quantencomputer ins Lächerliche zieht.
Sehr lesenswert und unterhaltsam
Er behauptet, dass sein alter klassischer Computer, eine Rechenschieber (Abbacus) oder sein Hund schlauer sind als ein moderner Quantencomputer. Quantencomputer bezeichnet der Autor als „Physik-Experiment“, weil Quantencomputer nicht stabil laufen und ihrer Wiederholbarkeit kämpfen.
Stand der Forschung Faktorisierung mit Quantencomputern
Was haben die Forscher im Bereich Faktorisierung erreicht?
Die Zahl 15 konnten IBM Forscher in 2001 faktorisieren und die Zahl 21 im Jahr 2012. Die Zahl 35 haben diese bis heute nicht geschafft. Andere Faktorisierungen leiten sich nur aus „Tricks“ ab, die mehr mit einer Suche als mit einer mathematischen Operation zu tun haben.
Größere Zahlen wurden mit dem Trick faktorisiert, dass diese genau ausgewählt wurden. Wenn man die Wurzel von der Zahl zog, war man nicht mehr weit von dem Ergebnis entfernt.
Die Forscher haben aber nur wenige Qubits verfügbar, um zu rechnen. Deshalb nutzen diese eine vorkompilierte Version und verwenden Zahlen die in Dezimal beeindruckend wirken 1.099.551.473.989, aber in binär sehr einfach sind (100000000000000 …)
Hund schlauer als Quantencomputer?
Weil der Autor sehr „enttäuscht“ von den Quantenforschern ist, faktorisiert der Hund mit Gebelle eine Zahl. Die vorkompilierte Form des Ergebnisses macht es notwendig, dass der Hund dreimal bellt (Wurzel ohne Rest) oder einmal bellt (Wurzel mit Rest). Diese Performance soll verdeutlichen, dass der Quantencomputer nicht wirklich faktorisiert, sondern nur das Ergebnis vor der Rechnung schon bekannt ist.
Fazit: Sind Quantencomputer ein Scam?
Quantencomputer Forschung ist immer noch eine Grundlagenforschung. Die Forscherteams veröffentlichen ihre Ergebnisse in Papern, die jeder lesen kann, aber nicht jeder versteht. Öffentlich wirksam werden Begriffe wie „Quantenüberlegenheit“ genannt, die aber weit von der Realität entfernt sind. Quantenforschern fehlen seit Jahren die Möglichkeit mehrere Quanten zu nutzen, um große Zahlen zu faktorisieren und greifen deshalb zu Methoden, um große ausgewählte Zahlen „vorberechnet“ auf den wenigen Qubits laufen zu lassen.
Quantenforschung ist teuer und die Forscher stehen, unter hohen Druck Ergebnisse zu liefern. Deshalb setzen diese alle Methoden ein, um ein Gefühl von Fortschritt ihren Geldgebern und Investoren zu geben. Quantencomputer-Forschung ist wichtig und sollte öffentlich bleiben, aber wir stecken immer noch in der Grundlagenforschung.
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