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Eine Einführung in Quantum Computing Storage und Memory
Storage und Memory von Quantencomputern unterscheiden sich erheblich von herkömmlichem Storage. Die Auswirkungen auf die Speicherkapazität zum Beispiel sind signifikant.
Im Jahr 2017 überraschte Microsoft die Teilnehmer seiner Flaggschiff-Konferenz Ignite mit der Vorstellung seines ersten Quantencomputers. Seitdem hat das Quantencomputing (Quantum Computing) stetig an Dynamik gewonnen, sodass Speicheradministratoren dies zur Kenntnis nehmen sollten.
Dennoch befindet sich das Quantencomputing noch in der Entwicklung – es gibt noch eine Reihe von Herausforderungen, die die Technologie bewältigen muss. Viele dieser Herausforderungen beziehen sich auf das Memory und das Storage.
Die Rolle des Quantum Memory in Storage
Quantencomputer können kein konventionelles Memory und Storage verwenden, sondern müssen auf Quanten-Memory zurückgreifen. Quantum Memory ist leistungsfähiger als herkömmliches Memory, aber auch fragil und fehleranfällig.
Das Quantum Memory basiert auf Quantenbits oder Qubits. Quantenbits unterscheiden sich grundlegend von den Bits, die in herkömmlichen Computern verwendet werden. Herkömmliche Computer verwenden ein System von Binärbits, die entweder den Wert Null oder den Wert Eins wiedergeben können. Quantenbits können eine Null oder eine Eins speichern, aber dank eines Konzepts, das Superposition genannt wird, können sie auch gleichzeitig Null und Eins enthalten. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Form des multidimensionalen Speichers.
Der Hauptvorteil von Quantum Memory besteht darin, dass es große Mengen an Informationen in Form verschiedener Zustände speichern kann. Zum Vergleich: 100 Bits eines herkömmlichen Speichers würden gerade einmal 12,5 Bytes an Daten aufnehmen. Dagegen könnten 100 Bits eines Quantenspeichers mehr Zustände enthalten als alle Festplatten der Welt zusammen, so Doug Finke vom Quantum Computing Report.
Allerdings ist der Quantum Memory nicht beständig. Während klassisches Memory, das heißt RAM, ebenfalls nicht beständig ist, speichert RAM Daten, bis ein Gerät ausgeschaltet oder neu gestartet wird. Im Gegensatz dazu kann Quantum Memory Daten nur für etwa 100 Millisekunden (ms) speichern.
Es ist auch unmöglich, einen Quantenzustand zu lesen, ohne ihn dabei zu verändern. Außerdem kann der Benutzer die Daten nur einmal lesen. Das Lesen der Daten bewirkt, dass das Quantenbit alle gespeicherten Zustände freigibt – zu diesem Zeitpunkt spiegelt das Quantenbit einfach einen Wert von entweder Null oder Eins wider.
Die Möglichkeiten des Quantencomputer-Storage
Da Quantenbits Daten nur für einen Bruchteil einer Sekunde speichern können, gibt es keine Quantenfestplatten.
Das Quantencomputing ist jedoch ideal für die Lösung komplexer mathematischer Probleme. Die Lösung solcher Probleme erfordert fast immer mehrere Schritte; die Ergebnisse eines Schritts dienen als Input für den nächsten Schritt. Quantenbits können für eine solche Aufgabe eingesetzt werden, solange die Rechenprozesse schneller ablaufen als der Datenverfall. Mit anderen Worten: Wenn die Technologie Daten in 50 ms lesen und verarbeiten kann, spielt es keine Rolle, dass sich die Daten nach 100 ms im Wesentlichen verflüchtigen.
Auch die Idee, dass Benutzer Quantenbits nicht lesen können, ohne sie dabei erheblich zu verändern, ist für Sicherheitsexperten interessant. Denn allein die Möglichkeit, Daten in einem Quantenbitspeicher zu lesen, garantiert, dass niemand sonst auf die Daten zugegriffen hat. Es gibt Theorien, die besagen, dass es möglich sein könnte, ein Quantennetzwerk aufzubauen, das es ermöglicht, Daten von einem Punkt zum anderen zu senden, ohne dass es zu einer Manipulation kommen kann.
Quanten-Memory und Quantencomputer haben noch viele andere Auswirkungen auf die Sicherheit. So wird es mit Quantencomputing möglich sein, Verschlüsselungsalgorithmen zu knacken, die für einen klassischen Computer zu komplex sind. Im Falle einer Ransomware-Infektion könnte eine Organisation, die Zugang zu einem Quantencomputer hat, ihre Daten entschlüsseln, ohne das Lösegeld bezahlen zu müssen. Ein Quantencomputer könnte es jedoch ermöglichen, Verschlüsselungsalgorithmen der nächsten Generation zu entwickeln, die mit der heutigen Technologie nicht zu knacken sind.
Wie nah sind wir an einer Verbreitung?
Die Zuverlässigkeit von Quantenspeichern hat sich in den letzten Jahren erheblich verbessert, aber es ist noch viel Arbeit nötig. Die Zuverlässigkeit des besten heute verfügbaren Quantenspeichers wird auf etwa 85 Prozent geschätzt. Die Fehlerkorrektur und die Effizienz von Quantum Memory und Storage müssen also noch verbessert werden.
Es ist davon auszugehen, dass die Entwickler diese Probleme in den nächsten Jahren lösen werden, so dass der Quantenspeicher praktikabler wird als er heute ist.
