Quantencomputer und Quantenkryptographie

Die Ursprünge der Quantenmechanik sind zwar inzwischen hundert Jahre alt, aber wir fangen gerade erst an, diese seltsame Theorie in der Informationstechnologie anzuwenden.

Quantencomputing und Quantenalgorithmen

Letztendlich wurde es an der Zeit, das Forschungsthema ins Rampenlicht zu rücken, als Googles Quantencomputer eine wesentliche Demonstration glückte: Zum ersten Mal führte ein Quantencomputer eine Berechnung in Minuten durch, für die ein klassischer Supercomputer Jahre brauchen würde, https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5. Zwar hatte die Demonstration eher theoretische Relevanz, doch die ersten tatsächlichen Anwendungen von Quantencomputern sind in den nächsten Jahren zu erwarten: Quantensimulationen molekularer Prozesse, und weitere Anwendungen: https://physics.aps.org/articles/v12/112.
Wir untersuchen das Potential von Quantenalgorithmen auf NISQ-Computern (Noisy Intermediate Scale Quantum), die schon bald Durchbrüche in Berechnungen erzielen könnten, die heutigen Computern noch nicht zugänglich sind.

Quantenkryptographie

Mit Hilfe der Quantenmechanik können Informationen sicher übertragen werden, nachweisbar sicher durch Naturgesetze.

  • Die Technologie ist schon weit entwickelt und man kann sogar Geräte von einigen Herstellern kaufen. Eine Reihe von Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen sind bereits in Betrieb.
  • Die nächste Stufe ist das Quanten-Internet, an dessen Aufbau geforscht wird. Allerdings wird es noch einige Zeit dauern, bis es für eine größere Anzahl von Benutzern an verschiedenen Standorten verfügbar sein wird.
  • Außerdem ist sehr vielversprechend die Fähigkeit von Quantensystemen, echte Zufallszahlen in großen Mengen zu erzeugen. Die derzeitigen Verschlüsselungsprotokolle verwenden Zufallszahlen zum Schutz der Daten und werden diese in immer größeren Mengen benötigen, wenn unsere Datenmengen noch weiter zunehmen.

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