Quantencomputer erzeugt erstmals echte Zufallszahl
(Bild: GarryKillian / Shutterstock.com)
Quantencomputer mit Meilenstein: Erstmals wurde eine echte Zufallszahl erzeugt. Klassische Computer können das nicht leisten. Doch was macht die Technologie so revolutionär?
Quantencomputer gelten als Zukunftstechnologie mit immensem Potenzial. Jetzt ist Forschern ein wichtiger Durchbruch gelungen: Mithilfe eines 56-Qubit-Quantencomputers haben sie die erste experimentell zertifizierte Zufallszahl erzeugt.
Das bedeutet: Die Zahl ist nachweislich rein zufällig und hätte auch von Supercomputern nicht vorhergesagt werden können. Ein Meilenstein mit großer Tragweite, wie die Forscher im Fachmagazin Nature berichten.
Was ist ein Quantencomputer?
Doch was genau ist eigentlich ein Quantencomputer? Im Gegensatz zu klassischen Rechnern, die mit Bits – also Nullen und Einsen – rechnen, nutzen Quantencomputer sogenannte Qubits. Ein Qubit ist wie ein magisches Bit, das gleichzeitig 0 und 1 sein kann und mit anderen Qubits auf besondere Weise zusammenarbeitet.
Qubits können durch zwei quantenphysikalische Phänomene viel komplexere Zustände annehmen als klassische Bits: Superposition und Verschränkung. Ein Qubit kann viele Zustände zwischen 0 und 1 gleichzeitig haben, bis man es misst. Und verschränkte Qubits beeinflussen sich sofort gegenseitig, egal, wie weit sie voneinander entfernt sind. Dadurch können Quantencomputer bestimmte Probleme um ein Vielfaches schneller lösen als herkömmliche Rechner.
Quantencomputer um Größenordnungen schneller
Wie viel schneller genau, hängt von der Aufgabe ab. Für spezielle Aufgaben kann ein Quantencomputer tausendfach bis millionenfach schneller sein als klassische Computer. Quantencomputer könnten etwa komplexe Moleküle simulieren, wofür klassische Rechner Jahrtausende bräuchten. Oder sie könnten maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz enorm beschleunigen.
Doch die Erzeugung zertifizierter Zufallszahlen ist eine Aufgabe, die klassische Computer prinzipiell gar nicht lösen können – egal, wie schnell sie sind. Und genau das ist den Forschern nun gelungen.
Warum sind zertifizierte Zufallszahlen so schwierig?
Klassische Computer können keine echten Zufallszahlen erzeugen. Zwar gibt es Zufallsgeneratoren, doch ein Angreifer könnte diese theoretisch übernehmen und manipulieren. Mit einem Quantencomputer wäre das unmöglich. Denn die Zufälligkeit liegt hier in den Gesetzen der Quantenphysik begründet.
Um dies zu beweisen, ließen die Forscher ihren Quantencomputer wiederholt komplexe Probleme lösen. Da er für die Berechnung zufällige Lösungen wählen musste, entstand so eine Zufallszahl. Im zweiten Schritt wurde die Zufälligkeit mithilfe von Supercomputern mathematisch zertifiziert. Die Forscher konnten zeigen, dass die Zufälligkeit nicht durch klassische Methoden nachgeahmt werden kann, heißt es in der Erklärung der Universität.
Anwendungen von Cybersicherheit bis Simulation
Die Ergebnisse ebnen den Weg für vielfältige Anwendungen. In der Cybersicherheit und Kryptografie sind zertifizierte Zufallszahlen unverzichtbar, um sichere Codes zu generieren. Auch für Simulationen, statistische Analysen und Optimierungsprobleme in Bereichen wie Finanzwesen oder Logistik spielen sie eine zentrale Rolle.
"Diese Arbeit zeigt eine Lösung für eine reale Herausforderung mit einem Quantencomputer, der über die Fähigkeiten heutiger klassischer Supercomputer hinausgeht", betont Marco Pistoia von JPMorgan Chase, der an der Studie beteiligt war. "Diese Entwicklung der zertifizierten Zufälligkeit zeigt nicht nur Fortschritte in der Quantenhardware, sondern wird auch für die weitere Forschung, statistische Stichproben, numerische Simulationen und Kryptografie von entscheidender Bedeutung sein."
Noch sind heutige Quantencomputer zu klein und fehleranfällig für einen breiten praktischen Einsatz. Doch die Studie demonstriert eindrucksvoll das enorme Potenzial dieser jungen Technologie. Quantencomputer, so scheint es, werden schon bald Probleme lösen, an denen klassische Rechner scheitern – mit weitreichenden Folgen für Wirtschaft und Gesellschaft.