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Artikel: Quantencomputer
Ich versuche hiermit eine sehr kurze Übersicht über Quantencomputer, und die damit Verbundenen Probleme, anzusprechen. Wer sich mehr für das Thema interessiert, sollte weitere, ausführlichere Texte lesen.
Ich garantiere nicht für Vollständigkeit und Richtigkeit, denn Quantenphysik ist extrem kompliziert.
Der jetzige Computer arbeitet mit Strom an und Storm aus (1 und 0).
Ein Quantenbit, oder auch Qubit genannt, kann beide Zustände 0 und 1 gleichzeitig annehmen, mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. Diesen Zustand nennt man Superposition.
Wenn man das auf ein Fußball bezieht, so kann er sich heutzutage nur links, bzw. rechts herum drehen. Ein "Quanten Fußball" könnte sich gleichzeitig links und rechts herum drehen.
Eine weitere Besonderheit ist, dass man Qubits überlagen kann, diese sind dann nicht mehr Unabhängig. Wenn man 500 Qubit's überlagt, so könnten diese 2^500 Zustände gleichzeitig annehmen. Man müsste dann nur noch 1 von diesen 500 Qubit's ändern und alle anderen angehangenen Qubits würden sich auch verändern.
Dies bedeutet natürlich eine extreme Beschleunigung der Rechenleistung, denn heutige Computer verarbeiten Informationen nacheinander (erst Rechnung 1, dann Rechnung 2...), aber der 500 Qubit Computer könnte 10^150 Zustände gleichzeitig annehmen.
Es gibt bereits Algorithmen für Quantencomputer mit der sich große Zahlen in kaum vorstellbarer Geschwindigkeit faktorisieren lassen.
Das Problem daran, dass z.B. RSA (Asymmetrisches Verfahren was z.B. in PGP genutzt wird) das Problem der Faktorisierung ausnutzt, falls man jetzt einen Quantencomputer hätte, so könnten man in wenigen Sekunden die meisten der Verschlüsselten Nachrichten die heutzutage gesendet werden knacken.
Auch der diskrete Logarithmus ließe sich mit Quantencomputer berechnen. Somit würden alle bekannten Asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren unsicher.
Diese Verschlüsselungsverfahren sind weit verbreitet, vor allem beim Austausch von Daten, z.B. E-Mails, Verschlüsselte Internetverbindungen etc.
Da die Quantencomputer noch in der Kinderstube stehen, kann man nur wenig über die neuen Möglichkeiten sagen. Bisher wurde noch kein Quanten-Algorithmus gefunden um Symmetrische Verfahren zu knacken, aber wie es evt. in 20 Jahren aussieht, kann man nicht voraussagen.
Wer hätte denn 1950 gedacht, dass in 50 Jahren ein Computer so leistungsfähig und vor allem so klein wird? Wer hätte damals gedacht, dass man Schlüssel mit 72 Billiarden Möglichkeiten (56 Bit) ohne Probleme knacken kann?
Jeder der dies behauptet hätte wäre ausgelacht worden.
Damals galten Schlüsselräume von 1 Mio. schon als "unknackbar" (30 Bit). Denn 1 Mio. Schlüssel per Hand durchzuprobieren, bzw. einem Computer der damaligen Zeit, war unvorstellbar.
Aber jetzt riesige Schlüssel zu benutzen für Symmetrische Verfahren würde auch nicht viel bringen, denn mit klassischen Brute Force würde das knacken zwar schneller gehen, wäre aber immer noch von gut und böse. Denn wenn die Symmetrischen Verfahren mit 256 Bit wirklich mal unsicher werden, dann liegt das an neuen Angriffstechniken, diese evt. Nur möglich sind, wenn man einen Quantencomputer besitzt.
Wie weit ist die aktuelle Forschung?
Seit dem bekannt ist, dass sich mit Quantencomputer das Problem der Faktorisierung beheben lässt, investiert das Militär, Geheimdienste und die Regierung unheimliche Mengen an Geld um die Forschung voran zu bringen.
Aber ob es jemals Quantencomputer geben wird, kann noch keiner gewiss sagen, denn es gibt noch viele Probleme, z.B. mit der Isolation der Quantenteilchen.
Es ist aber wahrscheinlich das die ersten, brauchbaren Quantencomputer ganze Hallen füllen werden und extrem teuer sind.
Das Ende der Verschlüsselung?
Mit der Quantenmechanik lassen sich nicht nur Verschlüsselungen brechen, sondern auch eine absolut sichere Verschlüsselung realisieren. Dieses Gebiet nennt man auch Quantenkryptografie.
Dies hat nicht besonders viel mit Quantencomputer zu tun, außer dass sie den gleichen Effekt der Quanten ausnutzen.
Die Quanten lassen sich in eine Superposition versetzen, wobei sie den Modus 1 und 0 gleichzeitig annehmen. Das besondere ist, wenn man diese Quanten aus der Superposition ausließt, ändern sie ihren Zustand in 1 bzw. 0, auf alle Fälle behalten sie nicht mehr ihre Superposition, sie verändern sich
Schrödingers Katze:
Ein Atom, ein Detektor, ein Hammer, ein Gefäß mit einer giftigen Substanz und eine Katze befinden sich in einer Kiste. Sobald das Atom zerfällt, bemerkt der Detektor dies und bewegt den Hammer. Dieser zerstört das Gefäß, wodurch das Gift freigesetzt wird, welches die Katze tötet. Solange die Kiste aber geschlossen ist und der Betrachter daher nicht sehen kann, ob die Katze noch lebt, befindet sie sich also in einem "Zwischenzustand" zwischen lebendig (1) und tot (0), also in einer Superposition der beiden Zustände.
Wie kann ich dies jetzt ausnutzen?
Man sendet jetzt z.B. über ein Glasfaser Kabel zufällige Quantenteilchen (Photonen). Wenn ein Lauscher versucht jetzt diese Photonen auszulesen, so würde er diese nach den Gesetzen der Quantenmechanik beeinflussen. Der Empfänger könnte sofort Feststellen ob dies passiert ist und die Verbindung beenden.
Auf diese Weise könnte man einen absolut zufälligen Schlüssel übertragen und dann seine Kommunikation über ungesicherte Kanäle weiter führen. Der Lauscher hätte bei einem absolut zufälligen Schlüssel keine Möglichkeit die Verschlüsselung jemals zu knacken.
Dieser Schlüsselaustausch wurde auch schon in die Praxis umgesetzt.
Das Problem ist noch die Übertragung der Quanten, 1999 haben Forscher in Los Alamos einzelne Quanten (Photonen) per Glasfaserkabel über 48Km Übertragen.
Man versucht auch Quantenteilchen über die Luft zu übertragen, das Problem ist aber, dass die Luft ein "optisch dreckiges" Medium ist.
Das Problem des Zufalls
Die heutigen Computer können keine absolut zufälligen Zahlen erzeugen. Diese werden bisher immer durch einen Algorithmus (Formel) errechnet, für einen normalen Menschen ergibt die Reihenfolge aber keinen Sinn.
Wenn man jetzt ein Quantenteilchen aus seiner Superposition ausließt so verändert dieser seinen Zustand in eine 1 bzw. 0 mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit. Diese Wahrscheinlichkeit kann z.B. 50% betragen, so dass wenn man 500 Quantenteilchen aus der Superposition ausließt, einen absolut Zufälligen 500 Bit langen Schlüssel erhält.
Dies geht natürlich auch mit längeren Schlüsseln, so dass man einen absolut Zufälligen One-Time-Pad erhalten kann, und wie wir wissen, ist dieser auch absolut Sicher.
Teleprotieren mit Quanten
Ja man kann sogar mit Quanten teleportieren. Es gibt sogar Wissenschaftler die davon sprechen, dass man in Zukunft evt. sogar Atome teleprotieren kann.
Auf dieses Thema möchte ich aber jetzt nicht mehr weiter eingehen, weil es den Umfang einfach sprengen würde.
Wieterführende Links:
http://www.quantencomputer.de/
Fachbereichsarbeit aus Physik von Benedikt Huber
Autor Andavos
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