Jeder Artikel über Quantencomputer wirft irgendwann das Wort Qubit in den Raum. Oft wird dabei nicht groß erklärt, was das eigentlich ist. Kurz gesagt: Ein Qubit ist für einen Quantencomputer das, was ein Bit für deinen Laptop ist, die kleinste Informationseinheit. Der Unterschied liegt darin, wie diese Einheit sich verhält. Genau darum geht es hier, kompakt und ohne Umweg über den ganzen Rest der Quantenphysik.
Bit gegen Qubit
Ein klassisches Bit kennt genau zwei Zustände: 0 oder 1, an oder aus. Jeder Prozessor, jede App, jedes Video, das du je gesehen hast, läuft am Ende auf dieser simplen Logik. Ein Qubit dagegen kann sich, solange es nicht gemessen wird, in einer Überlagerung aus 0 und 1 gleichzeitig befinden. Das nennt sich Superposition, und wie genau das funktioniert, steht ausführlicher mit Diagramm im Grundlagenartikel. Hier reicht als Merksatz: Ein Qubit ist nicht einfach eine schnellere Version eines Bits, sondern etwas grundsätzlich anderes.
Der zweite Punkt, der Qubits besonders macht, ist die Verschränkung. Zwei oder mehr Qubits können so gekoppelt werden, dass sich ihre Zustände gegenseitig beeinflussen, egal wie weit sie physisch auseinanderliegen. Auch das ist im Grundlagenartikel genauer erklärt. Zusammen sind Superposition und Verschränkung der Grund, warum bestimmte Rechenaufgaben auf einem Quantencomputer grundsätzlich anders ablaufen als auf einem klassischen.
Ein Qubit ist keine feste Sache
Was in Einsteigerartikeln oft untergeht: „Qubit“ beschreibt ein Konzept, keine einzelne Bauweise. Je nach Hersteller steckt physikalisch etwas komplett anderes dahinter:
- Supraleitende Schaltkreise (IBM, Google, Rigetti): winzige, extrem gekühlte Stromkreise, die sich wie künstliche Atome verhalten.
- Ionenfallen (IonQ, Quantinuum, eleQtron): einzelne, elektromagnetisch gefangene Atome, gesteuert per Laser oder, wie bei eleQtron, per Mikrowellen.
- Photonik (PsiQuantum, Xanadu): einzelne Lichtteilchen statt Materie.
- Topologische Qubits (Microsoft, in Forschung): ein besonders fehlerresistenter, aber wissenschaftlich noch umstrittener Ansatz, siehe die Vergleichsseite für die Details zur Kontroverse um Microsofts Majorana-1-Chip.
- Silizium-Spin-Qubits (Intel): Elektronenspins, gefertigt auf normalen Chip-Wafern.
Alle diese Ansätze verfolgen dasselbe Grundprinzip, Zustände in Superposition und Verschränkung zu nutzen, nur eben mit völlig unterschiedlicher Hardware dahinter. Deswegen lässt sich die Qubit-Zahl verschiedener Hersteller auch nicht einfach nebeneinanderlegen und vergleichen. Ein Ionenfallen-Qubit ist technisch etwas anderes als ein supraleitendes Qubit.
Warum die Zahl der Qubits allein wenig aussagt
Ein System mit mehr Qubits ist nicht automatisch leistungsfähiger. Entscheidend ist zusätzlich, wie stabil ein Qubit seinen Zustand hält (Kohärenzzeit) und wie fehlerfrei sich Rechenoperationen ausführen lassen (Fidelity). Ebenso wichtig ist, wie gut die Qubits untereinander verbunden sind. Ein gutes Beispiel dafür liefert Googles Willow-Chip mit „nur“ 105 Qubits. Er gilt trotzdem als einer der wichtigsten Durchbrüche der letzten Jahre, weil er zeigen konnte, dass sich Fehlerraten mit mehr Qubits tatsächlich senken lassen. Mehr dazu, warum die Qubit-Zahl allein nichts sagt, steht auf der Hersteller-Seite.
Kurz gesagt
Ein Qubit ist die Grundeinheit eines Quantencomputers. Im Gegensatz zu einem klassischen Bit kann es aber Zustände überlagern und mit anderen Qubits verschränkt werden. Wie genau das physikalisch umgesetzt wird, unterscheidet sich stark je nach Hersteller. Die reine Anzahl an Qubits ist deshalb nur einer von mehreren Faktoren, die über die tatsächliche Leistungsfähigkeit eines Systems entscheiden.
Quellen und weiterführende Links: Wikipedia: Quantencomputer · Welt der Physik: Einführung Quantencomputer · IBM Quantum Hardware · Google-Blog: Meet Willow