Definition Was ist ein Qubit?

Von zeroshope

Der Begriff Qubit beschreibt eine Recheneinheit, mit der Quantencomputer arbeiten. Sie ist dem klassischen Konzept deutlich überlegen und verspricht eine Revolution in der Arbeit mit Rechnern. Allerdings hat das Ganze seinen Preis.

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(Bild: © adiruch na chiangmai - Fotolia.com)

Qubit (teilweise auch: Qbit) ist die Kurzform für Quantenbit. Es handelt sich also um die Recheneinheit, die beim Quanten Computing zum Einsatz kommt. Das Potenzial der entsprechenden Rechner ist so groß, dass Experten Begriffe wie „Revolution“ verwenden, um sie zu beschreiben. Hintergrund ist das Konzept der Quantencomputer, das sich deutlich vom Ansatz bisheriger Maschinen unterscheidet.

Der Unterschied zwischen einem Qubit und einem Bit

Ein Bit hat bekanntlich einen von zwei Zuständen: 0 oder 1 bzw. Strom an oder aus. Er kann zudem nur eine Zahl zur Zeit darstellen. Dies ist gleichbedeutend damit, dass ein Computer stets nur eine Aufgabe erfüllen kann, auch, wenn eine weitere bereits in Vorbereitung ist. Bildlich gesprochen: Ein Mensch kann immer nur ein Wort schreiben, auch, wenn er weiß, wie der Text weitergehen soll.

Ein Qubit kann hingegen für eine bestimmte Dauer (die sogenannte Kohärenzzeit) einen Zustand zwischen 0 und 1 einnehmen, der als „Superposition“ bezeichnet wird. Ein Verlust von dieser ist allerdings möglich – dies wird Dekohärenz genannt. Die Superposition lässt sich erst durch eine Messung bestimmen.

Auch hierfür soll eine Metapher als Erklärung dienen: Eine Kugel mit einer glatten Oberfläche ist die Grundlage. Diese Kugel ist in Bewegung. Die beiden Pole sind die Zustände 0 und 1. Ein Qubit kann sich für eine gewisse Zeit auf der Oberfläche der Kugel zwischen den Polen halten, aber nicht auf Dauer. Durch die Glätte und die Bewegung des Körpers ist zudem nicht klar, wo sich der Qbit zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet. Dies lässt sich nur durch ein Einfrieren der Kugel und einer Messung ermitteln.

Wie nützt dies bei Rechenoperationen?

Nun kommt der Teil, der oft Verständnisprobleme bereitet: der Nutzen der Qubits für Rechenoperationen. Durch die Bewegung der Kugel können diese mehrere Zustände gleichzeitig darstellen – beispielsweise die Entfernungen zu den Polen. Sie können also deutlich schneller Ergebnisse liefern, da mehrere Aufgaben zeitgleich umsetzbar sind. Hierfür kehren wir nochmals zum Eingangsbild zurück: Der Mensch schreibt nicht nur mit einer Hand, sondern mit beiden – und dies in unterschiedlichen Zeilen.

Das Ganze ist allerdings so schwierig und teuer zu bauen, dass Quantencomputer bislang nur sehr wenige Zustände darstellen können. Eine Nutzung in der Breite (geschweige denn eine kommerzielle Anwendung) ist noch weit entfernt.

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