DeepDive · DD-QUANTENCOMPUTER-001

Wie funktioniert ein Quantencomputer?

Version 1.0 Aktualisiert am 5. November 2026 Zuletzt geprüft: 5. November 2026 DYNAMIC

Ein klassischer Rechner kennt Bits: 0 oder 1. Ein Qubit kennt Zustände dazwischen — zwei Anteile, die zusammen eins ergeben; das nennt man Überlagerung. Zwei Qubits haben vier Anteile, drei acht, hundert mehr, als sich aufschreiben lässt. Gerechnet wird nicht, indem man alle Möglichkeiten gleichzeitig durchprobiert. Gerechnet wird, indem man diese Anteile gezielt gegeneinander verdreht, bis sich die falschen Antworten aufheben. Gemessen wird am Ende einmal, und diese Messung liefert einen einzigen Wert.

Der Vorteil steckt in der Struktur: Für wenige Aufgaben lassen sich die Anteile so führen, dass die richtige Antwort am Ende wahrscheinlich wird. Der Preis steckt im Zustand selbst. Er ist empfindlich — ein Qubit verliert ihn in Bruchteilen einer Sekunde, jede Operation bringt Fehler mit. Ohne Fehlerkorrektur ist ein Quantencomputer kein Rechner, sondern ein Experiment. Was das heißt, steht im nächsten Abschnitt.

Was der Begriff nicht bedeutet

• Kein Parallelrechner im Wortsinn. Der Zustand trägt viele Möglichkeiten zugleich, auslesen lässt sich davon aber nur eine. Der Trick ist, die falschen vorher auszulöschen — nicht, sie alle zu lesen.
• Kein Rechner für alles. Für die meisten Aufgaben ist er nicht besser als ein Laptop; der Vorteil hängt an wenigen Problemen, deren Struktur zu den Anteilen passt.

Was ist Quantenfehlerkorrektur?

1995 zeigte Peter Shor, dass sich ein Quantenzustand auf mehrere physische Qubits verteilen lässt, ohne ihn auszulesen: Man misst nicht den Zustand, sondern nur, ob Nachbarn übereinstimmen, und rechnet aus diesen Checks den Fehler zurück. Ein logisches Qubit — das eigentliche Rechenelement — steckt danach in vielen physischen. Liegt die Fehlerrate darunter einer Schwelle, sinkt der logische Fehler exponentiell mit der Zahl der Qubits; darüber steigt er. Fowler und Kollegen rechnen 2012 eine Schwelle von 0,57 Prozent je Operation aus; bei einem Zehntel davon braucht ein logisches Qubit rund 14.500 physische.

Gemessen ist der Mechanismus seit 2023: Google fand bei 49 physischen Qubits 2,914 Prozent logischen Fehler je Zyklus, bei 17 Qubits 3,028 — vier Prozent. Fehlerkorrektur wirkt; sie wirkt am Anfang nur wenig, und nur bei Bauteilen, die schon besser sind als die Schwelle.

Was Quantenfehlerkorrektur nicht bedeutet

• Keine fehlerfreie Maschine. Fehlerkorrektur erkennt Fehler und korrigiert sie; sie verhindert nichts — und sie greift erst unterhalb der Schwelle von 0,57 Prozent je Operation.
• Kein Widerspruch zur Story. Die Verbindung zwischen den beiden IBM-Chips kam im Mittel auf 94,75 Prozent Treue je Gatter — 5,25 Prozent Fehler, rund neunmal über dieser Schwelle. Kabel, die laufen, und Rechner, die rechnen, sind zwei Messungen.

Dieser DeepDive gehört zur Story Achtzig Zentimeter.

QUELLEN

1. Richard P. Feynman, 1982 — Simulating physics with computers (Int. J. Theor. Phys. 21, 467) Paper
https://doi.org/10.1007/BF02650179
abgerufen am 1. November 2026

2. David Deutsch, 1985 — Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer (Proc. R. Soc. A 400, 97) Paper
https://doi.org/10.1098/rspa.1985.0070
abgerufen am 1. November 2026

3. John Preskill, 1998 — Quantum Computing: Pro and Con Paper
https://arxiv.org/abs/quant-ph/9705032
abgerufen am 1. November 2026

4. Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang, 2000 — Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press Buch
https://doi.org/10.1017/CBO9780511976667
abgerufen am 1. November 2026

5. Peter W. Shor, 1995 — Scheme for reducing decoherence in quantum computer memory (Phys. Rev. A 52, R2493) Paper
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.52.R2493
abgerufen am 1. November 2026

6. Austin G. Fowler, Matteo Mariantoni, John M. Martinis, Andrew N. Cleland, 2012 — Surface codes: Towards practical large-scale quantum computation (Phys. Rev. A 86, 032324) Paper
https://arxiv.org/abs/1208.0928
abgerufen am 1. November 2026

7. Google Quantum AI, 2023 — Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit (Nature 614, 676–681) Paper
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05434-1
abgerufen am 1. November 2026

8. Science, 27.10.2026 — IBM links two quantum chips in key step toward bigger computers Journalismus im Fachblatt
https://doi.org/10.1126/science.zow83t2
abgerufen am 1. November 2026

ÄNDERUNGEN

Nächste Prüfung: 5. Dezember 2026 und 5. Mai 2027. Ändert sich nichts, bleibt die Fassung stehen und das Prüfdatum wird fortgeschrieben.