Warum Quantenrechnen?

Es gibt mehrere Gründe, warum man sich mit Quantenrechnern beschäftigen sollte. Erstens wird Quantenrechnung schon sehr bald eine revolutionäre neue Technologie sein. Quantenrechner werden extrem viel schneller sein als die heutigen klassischen Computer. Neue Technologien eröffnen stets auch neue Perspektiven, und nicht nur ökonomische. Sie binden die besten intellektuellen Resourcen einer Gesellschaft und sind der Schlüssel für nachhaltiges Wachstum von Wohlstand und Wissenschaft.

Eine der wichtigsten Konsequenzen lauffähiger Quantenrechner mit einem Register von der Größenordnung von etwa 1 kq (1000 Qubits) wird sein, dass sämtliche aktuellen unsymmetrischen Verschlüsselungssysteme gebrochen sein werden!¹ Zugegeben, das könnte noch durchaus ein oder mehr Jahrzehnte dauern, dennoch ist Quantenrechnung ein Problem (... und eine Lösung, denn sie ermöglicht neue Kryptographie!), das mit Gewissheit auf e-Commerce-Firmen und Geheimdienste zukommt. Sie ist ein ökonomischer und ein politischer Faktor höchster Relevanz.

Ein weiterer Grund betrifft eher wissenschaftliche und theoretische Aspekte. Quantenregister sind die einfachsten Mehr-Teilchen-Systeme, die als „Spinoren“ beschreibbar sind. In diesem Sinne könnten Quantenrechner als Laboratorien zur weiteren Erforschung von Quanteneffekten dienen. Insbesondere ein sehr merkwürdiges Quantenphänomen könnte intensiv untersucht werden, da Quantenrechnung wesentlich darauf basiert, die „Quantenverschränkung“. Salopp gesagt werden zwei unterschiedliche Teilchen in einen gemeinsamen Superpositionszustand, genannt Verschränkung, gebracht, der sich durch das folgende geisterhafte Merkmal auszeichnet. Wird eine Eigenschaft des einen Teilchens gemessen (z.B. sein Spin), so hat das andere Teilchen den entgegen gesetzten Wert, egal wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind; bis zu der Messung jedoch kann der Wert vollkommen unbestimmt sein, erst nachher sind sie antikorreliert. Das Phänomen war seit seiner Entdeckung durch Einstein und seine Mitarbeiter Podolsky und Rosen [1] sehr umstritten. Sie selber dachten, sie hätten mit dieser Fernwirkung eine unmögliche Konsequenz der Quantenmechanik gezeigt und diese damit widerlegt. In den frühen 1980er Jahren allerdings konnte das Phänomen experimentell nachgewiesen werden. Heute bezweifelt so gut wie niemand mehr die Realität der Verschränkung, ihre philosophischen Konsequenzen jedoch sind immer noch unklar.