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Nachrichten aus der Chemie

Synthetisieren auf Quantenebene

Hendrik Köster, Daniel Stadler

Published Mar 1, 2021• 0 citations
Publisher

Abstract

Abstract Quantencomputer entwickeln neue Moleküle und simulieren komplexe Vorgänge. Was Quantencomputing noch kann, wie es funktioniert und warum nicht jedes Unternehmen seine eigene Rechenmaschine braucht, um die Technik zu nutzen.
DOI
10.1002/nadc.20214106648

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Vermutlich ist der Begriff Quantencomputer für viele Leser noch sehr neu. Man könnte dabei an eine neue Technologie denken — vielleicht die jüngste und modernste in der bemerkenswerten Folge, zu der die Berechnung mit Transistoren, integrierten Schaltkreisen oder Siliziumchips gehört. Und es stimmt, auch die schon vorhandene Computertechnologie beruht weitgehend auf mikrophysikalischen quantenmechanischen Prozessen. Wenn sich der Hang zu immer schnellerer, kompakterer Computer-Hardware fortsetzen soll, muß die Technologie immer «quantenmechanischer» werden, weil quantenmechanische Effekte in allen kleinen Systemen überwiegen. Aber wenn das alles wäre, würden Quantencomputer bei grundlegenden Erklärungen in diesem Zusammenhang kaum eine Rolle spielen. Unabhängig davon, welche quantenmechanischen Vorgänge heutige Computer zur Durchführung der Berechnungen nutzen, sie sind alle technologische Verwirklichungen desselben klassischen Grundgedankens, nämlich der universellen Turingmaschine. Deshalb können alle existierenden Computer im wesentlichen dieselben Berechnungen ausführen. Sie unterscheiden sich lediglich in bezug auf die Geschwindigkeit, Speicherfähigkeit und die Modi der Verarbeitung der Eingaben. Selbst ein langsamer Computer mit wenig Speicherplatz läßt sich so programmieren, daß er jedes Problem genausogut lösen und jede Umwelt genausogut simulieren kann wie unsere leistungsfähigsten Computer, wenn nur der Speicherplatz reicht, er lange genug laufen kann und ihm die Hardware zur Verfügung steht, auf der er die Ergebnisse darstellen kann.

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Die Idee, Gesetze der Quantenmechanik für den Bau von Computern mit neuen Eigenschaften zu bauen, geht auf den Physiker R. Feynman zurück: 1982 schlug er vor, für die komplizierten Rechnungen im Zusammenhang mit Elementarteilchen-Modellen eigens dafür konzipierte Rechner zu verwenden. Diese noch sehr vage Idee wurde von D. Deutsch aufgegriffen, der Ende der achziger Jahre ein theoretisches Modell — also so etwas wie einen möglichen Bauplan — für einen Quantencomputer entwarf.

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