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In 1941 wurden die ersten theoretisch universell programmierbaren Computer entwickelt. Diese waren damals jedoch noch auf die Ein- und Ausgabe von Zahlen (meistens mit Hilfe von Lochkarten) beschr\u00e4nkt. Seitdem hat sich in Bezug auf die Rechenleistung und die Anwendungsm\u00f6glichkeiten von Computern sehr viel getan: moderne Smartphones haben ein vielfaches der Rechenleistung, die die Computer besa\u00dfen, mit denen die Mondlandungen der 60er und 70er Jahre gesteuert wurden. Das mooresche Gesetz besagt zudem, dass sich die Rechenleistung von beispielsweise Prozessoren der gleichen Gr\u00f6\u00dfe alle 12 bis 24 Monate verdoppelt.\u00a0<\/p>\n
Als n\u00e4chster gro\u00dfen Schritt ist derzeit die Entwicklung von Quantencomputern in der Diskussion. Hierbei handelt es sich um Maschinen, die nicht nach der klassischen Physik (nach Newton und anderen) funktionieren. Herk\u00f6mmliche Computer rechnen mit Bits, durch die alle m\u00f6glichen Anwendungen und Informationen abgebildet werden. Dabei kann ein Bit jederzeit nur einen von zwei Zust\u00e4nden haben: 0 bzw. „aus\/falsch“ und 1 bzw. „an\/wahr“.<\/p>\n
Da diese Zust\u00e4nde durch das (Nicht-) Flie\u00dfen von Strom bedingt sind, kann es bei konventionellen Computern auch nur diese zwei geben. Dieser Bin\u00e4rcode wird auch Maschinensprache genannt und liegt allen weiteren Programmiersprachen zu Grunde. Sie sind quasi die grundlegendste Infrastruktur, mit der Computerhardware die Eingaben und Softwareoperationen ausf\u00fchrt. 8 Bits zusammen ergeben ein Byte und 1024 Bytes ergeben ein Megabyte.<\/p>\n
Dass Prozessoren innerhalb k\u00fcrzester Zeit immer leistungsf\u00e4higer werden, liegt daran, dass immer mehr Transistoren auf einer CPU der gleichen Gr\u00f6\u00dfe Platz finden. Diese sind f\u00fcr die Berechnung der einzelnen Bits notwendig. Dadurch werden die Transistoren immer kleiner, bis zu einer Gr\u00f6\u00dfe von einigen wenigen Atomen. Dies bedeutet, dass, zus\u00e4tzlich zu den klassischen Gesetzen der Physik, auch die Gesetze der Quantenphysik f\u00fcr die Funktionsweise von Prozessoren relevant werden. Diese Effekte betreffen nur eben solche sehr kleinen Ma\u00dfst\u00e4be, sind dort aber relevanter als die Effekte der „Makro-Physik“.<\/p>\n
Beispielsweise k\u00f6nnen die Elektronen in entsprechend kleinen Prozessoren die Sperrschicht des Transistors unerlaubt \u00fcberqueren. Dieser Vorgang wird als Tunneleffekt bezeichnet und bildet neben anderen Effekten das Hauptproblem in der Fertigung immer kleinerer Transistoren. Hierdurch wird dessen Integrit\u00e4t kompromittiert, wodurch dieser nicht mehr als logisches Bauelement dient. Das f\u00fchrt dazu, dass die Bin\u00e4roperationen (das Rechnen mit 0 und 1) schlussendlich unzuverl\u00e4ssig und der Transistor unbrauchbar werden. Hier st\u00f6\u00dft die Prozessorfertigung also an ihre physikalischen Grenzen.<\/p>\n
Diese quantenphysikalischen Effekte k\u00f6nnen jedoch nicht nur Probleme f\u00fcr die Prozessorfertigung bedeuten. Seit einiger Zeit forschen High-Tech-Unternehmen wie IBM und Google, Universit\u00e4ten sowie kleinere Startups daran, solche Effekte positiv zu nutzen. Hieraus entspringt die Idee eines Quantencomputers. In diesem arbeiten sogenannte Qubits (auch Quantenbits genannt). Diese sind quasi Transistoren, welche auf das Arbeiten im quantenphysikalischen Kosmos ausgelegt sind.\u00a0<\/p>\n