Quantencomputer – Game Changer mit ungeahntem Potenzial

Quantencomputer – Game Changer mit ungeahntem Potenzial

Dienstag, 9. Juni 2020Lesezeit: 4 Minuten

Wenn die Rechenleistung von regulären (binären) Computern an ihre Grenzen stösst, bedeutet das für Quantencomputer erst den Anfang. Denn die auf Quantentechnologie basierenden Computer können Sachverhalte berechnen und simulieren, die so komplex und unübersichtlich sind, dass die Zahl der Lösungen ins Unermessliche wächst. Ein Hoffnungsträger für Wirtschaft und Wissenschaft?

Die Covid-19-Pandemie hat die ganze Welt vor eine grosse Herausforderung gestellt. Die Lage veränderte sich ständig und weitreichende Entscheidungen mussten auf Basis ungewisser Datenlage und Prognosen gefällt werden.

Quantencomputer hätten in dieser Situation möglicherweise Abhilfe schaffen können. Denn diese sind in der Lage, komplexe Probleme mit vielen Variablen zu berechnen oder simulieren, welche die Leistung klassischer Computer überschreitet. Mit Quantencomputern soll es unter anderem möglich werden, biochemische Prozesse zu simulieren und den Pandemieverlauf genauer vorherzusagen. Mittels der Simulationen könnten ausserdem die Wirkstoffsuche und –Entwicklung erheblich beschleunigt werden.

Neben dem Einsatz im Gesundheitswesen und der Chemie können die Quantencomputer noch in zahlreichen weiteren Bereichen eingesetzt werden. Künstliche Intelligenz, Finanzwesen und Logistik sind dabei nur Beispiele.

Quantencomputer sind daher ein grosser Hoffnungsträger für Wirtschaft und Wissenschaft. Doch ist es noch nicht so weit, Quantum Computing ist ganz am Beginn der Entwicklung, vergleichbar mit den Anfängen der Computertechnologie in den 1950er-Jahren. Bis sie ihr Potenzial entfalten, dürfte es noch über ein Jahrzehnt dauern. Aber wenn der Durchbruch gelingt, dürften die Auswirkungen auf Wirtschaft und Wissenschaft gross sein.

Weit mehr als ein schneller Supercomputer

Ein Quantencomputer ist nicht einfach ein noch schnellerer Supercomputer: Denn er bedient sich der Quantenphysik. Während ein klassischer, binärer Rechner mit Bits rechnet, nutzt ein Quantencomputer Qubits. Diese können nicht nur die Werte 0 oder 1 annehmen, wie es die Bits tun, sondern durch die Überlagerung von Quantenzuständen (Superposition) kann jede beliebige Kombination aus beidem hervorgebracht werden. Das kann mit zwei rotierenden Münzen verglichen werden: Erst wenn die Position der Münzen gemessen werden, ist klar, auf welcher Position sie sich genau befinden. Sobald die Werte bestimmt werden, ist der Quantenzustand beendet.

Jedes zusätzliche Qubit verdoppelt die Kombinationsmöglichkeiten, bei 50 Qubits gäbe es zwei hoch 50 Kombinationsmöglichkeiten. Damit lassen sich grössere und komplexere Aufgaben parallel berechnen: Um den richtigen Weg aus einem Labyrinth herauszufinden, probiert ein klassischer Computer jede Wegmöglichkeit nacheinander aus und schliesst jene aus, die in der Sackgasse enden, bis er den richtigen Weg herausgefunden hat. Ein Quantencomputer erkundet alle Wegmöglichkeiten gleichzeitig und kann trotz bestehender Ungewissheiten die Berechnung weiterführen. So könnten Berechnungen durchgeführt werden, für die Supercomputer derzeit noch viele Jahre bräuchten.

Quantenüberlegenheit

Vergangenes Jahr vermeldete Google, erstmals die Quantenüberlegenheit (Quantum Supremacy) bewiesen zu haben. Ein 53-Qubit-Computerchip soll eine Rechnung in etwas mehr als drei Minuten gelöst haben, für die der leistungsstärkste Supercomputer schätzungsweise 10'000 Jahre brauchen würde (Nature / Vol 574 / 24 October 2019) Die Behauptung zog heftige Kritik in der Branche nach sich, Mitbewerber beanstandeten die wissenschaftliche Beweiskraft des Versuchs. So oder so: Es zeigt, dass sich viel tut in Sachen Quantencomputer und die Entwicklung an Fahrt aufnimmt.

Noch sind die Hürden gross für den Betrieb eines Quantencomputers. Die fragilen Teilchen müssen elektromagnetisch abgeschirmt sein, arbeiten nur unter Vakuumbedingungen und benötigen eine extrem niedrige Temperatur: Sie müssen fast auf den sogenannten absoluten Nullpunkt von etwa minus 273 Grad Celsius (0 Kelvin) gekühlt werden. Nur so besteht eine Chance auf brauchbare Berechnungen.

Einsatz von Quantencomputern

Der Einsatz von Quantencomputern für konkrete Aufgaben lässt daher noch auf sich warten. Das Fraunhofer Magazin, eine Zeitschrift für Forschung, Technik und Innovation in Deutschland, identifizierte in der Ausgabe von Ende 2019 fünf Bereiche, die sich durch die Quantentechnologie verändern werden. Einer davon ist Medizin und Gesundheitswesen: Heute können selbst die leistungsstärksten Supercomputer nur die einfachsten Moleküle analysieren. Da Quantencomputer die gleichen Quanteneigenschaften nutzen wie die den Molekülen zu Grunde liegende Quantenmechanik, eignen sie sich zur Simulation auch komplexer Moleküle.

Der Einsatz von Quantencomputern in der medizinischen und chemischen Forschung würde die Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe enorm beschleunigen, da sie in der Lage sind, die Interaktion komplexer Moleküle gleichzeitig zu simulieren. Doch auch in der Diagnostik sind die Hoffnungen auf Quantencomputer gross: Mittels Quantensensoren können Risiken früher und genauer festgestellt werden, beispielsweise bei Krebs oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Weitere Bereiche, die durch die Quantentechnologie fundamentale Veränderungen erfahren werden, sind Logistik und Verkehr; der Finanzbereich durch die Optimierung von Finanzportfolios und Risikoanalyse; Materialwissenschaften durch die Simulation völlig neuer Materialien auf molekularer Ebene; IT und Sicherheit durch leistungsfähigere Rechner für abhörsichere Kommunikationsnetze, kurz: überall dort, wo die Probleme komplex wegen vieler Variablen und Abhängigkeiten sind und klassische binäre Computer an ihre Grenzen stossen, könnten Quantencomputer für uns eines Tages Lösungen finden und zu ganz neuen Erkenntnissen verhelfen –das Potenzial lässt sich bisher kaum abschätzen.

Solactive Quantum Computing Index

Die Zahl der Hersteller von Quantencomputern ist in den vergangenen Jahren gewachsen: Google und IBM bauen an den Rechnern, ebenso der chinesische Internet-Riese Alibaba und Start-ups wie D-Wave, Novarion und Rigetti. Für Anleger ist es schwierig, diejenigen erfolgsversprechenden Unternehmen zu finden, die grosses Potenzial haben.

Vontobel hat deshalb zusammen mit Solactive einen Index lanciert, der die Aktien von Unternehmen abbildet, die vorn mit dabei sind in der Entwicklung von Quantum Computing oder die vom Einsatz von Quantentechnologie profitieren dürften.

Der Index bildet die Aktien von 20 Unternehmen ab, die zu Beginn gleich gewichtet sind. Die Auswahl erfolgt im Indexuniversum, das aus börsennotierten Unternehmen in Industrieländern besteht, deren Börsenkapitalisierung mindestens USD 750 Millionen und deren durchschnittliches tägliches Handelsvolumen an der Börse mindestens USD 5 Million beträgt.

Die Unternehmen müssen mindestens die Hälfte ihres Umsatzes in einer der vier Kategorien erzielen: Quantum Computing, Hardware-Plattform, Software-Plattform oder Branche mit hohem Wertschöpfungspotenzial. Den Unternehmen aus dem Universum werden Punkte je nach Ausprägung vergeben, die Unternehmen mit der höchsten Punktzahl werden im Index berücksichtigt. Halbjährlich findet eine Anpassung statt (Rebalancing).

 

Anleger in einem Zertifikat auf den Solactive Quantum Computing Index sollten beachten, dass sie u.a. das Emittentenrisiko tragen (Risiko, dass der Emittent des Zertifikats seine Verpflichtungen aus dem Produkt nicht erfüllen kann).

28.11.2022 08:48:52

 

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