In der einfachsten Form ist ein Quantencomputer ein Computer mit immenser Rechenleistung.

Und es könnte die Welt verändern, weil es Berechnungen lösen könnte, für die die heutigen Computer Jahre brauchen

Ein Beispiel für solche Berechnungen wäre die Überwachung aller Umlaufbahnen potenzieller Asteroiden, die mit der Erde kollidieren könnten, und die Vorhersage, wann einer von ihnen kollidieren wird

Und bestehende Modelle, wie z. B. Klimamodelle, könnten verbessert werden, weil sie mit einer verbesserten Verarbeitung Variablen/Daten für genauere Vorhersagen berücksichtigen könnten

.

Was ist ein Quantencomputer und warum könnte er die Welt verändern?

Ein Quantencomputer ist ein Computer, der auf dem Prinzip der Quanteninformatik beruht, d.h. einer Art von Computer, der die quantenmechanischen Eigenschaften von Elementarteilchen, wie z.B. Photonen, zur Übertragung, Verarbeitung und Speicherung von Informationen nutzt. Ein Quantum bezeichnet ein sehr kleines Energiepaket. Die Quantenmechanik oder Quantentheorie befasst sich mit den Bausteinen der Materie, d. h. mit den Teilchen, aus denen das gesamte Universum besteht: Atome, Moleküle, Neutronen, Protonen, Elektronen und Quarks, aber auch Photonen, den Grundeinheiten des Lichts. Ein Photon ist ein Quantum Licht. Teilchen, die kleiner als ein Atom sind, nennt man subatomare Teilchen. Einige subatomare Teilchen können sich innerhalb des Atomkerns befinden (z. B. Quarks, die sich auf bestimmte Weise zu Protonen und Neutronen verbinden, die sich ebenfalls innerhalb des Kerns befinden), während andere sich außerhalb des Atomkerns befinden können (z. B. Bosonen und Neutrinos).

In der traditionellen Datenverarbeitung 💻 verwenden wir das Binärsystem oder das System der Reihen von Einsen und Nullen (1 und 0), dessen Maßeinheit wir Bit nennen, d.h. die Art und Weise, wie wir Daten in Computern speichern. Beim Quantencomputing wird anstelle des binären Systems von Einsen und Nullen - oder Bits - das Quantenbit - oder Cubit - verwendet. Der Cubit nutzt die außergewöhnlichen, wenn nicht gar magischen Eigenschaften subatomarer Teilchen. In dieser magischen oder unwirklichen Quantenwelt sind Teilchen Wellen und Wellen sind Teilchen. Ein Lichtstrahl ist also eine elektromagnetische Welle, die sich durch den Raum bewegt, und ein Strom winziger Teilchen, die sich auf den Beobachter zubewegen, in dem Sinne, dass bestimmte Experimente oder Quantenphänomene die Wellennatur des Lichts offenbaren, während andere seine korpuskulare Natur offenbaren, aber niemals beides gleichzeitig. Bevor man jedoch einen Lichtstrahl betrachtet, ist er beides, eine Welle und ein Strom von Teilchen. Es handelt sich um den Welle-Teilchen-Dualismus, eines der Paradoxa der Physik, bei dem Licht gleichzeitig Welle und Teilchen sein kann.

In der Quantenwelt können Elektronen oder Photonen zwei Zustände gleichzeitig aufweisen, ein Phänomen, das Physiker Superposition nennen. Es ist, als ob ein Stromkreis gleichzeitig geöffnet und geschlossen sein kann, dass die Antwort auf eine Frage gleichzeitig ja und nein lautet, oder wie bei der berühmten Schrödingerkatze, die gleichzeitig lebendig und tot sein kann. Infolge dieses gleichzeitigen doppelten Zustands oder zweideutigen Zustands kann ein auf Cubits basierender Computer eine viel größere Anzahl von Berechnungen und eine höhere Geschwindigkeit durchführen als ein herkömmlicher Computer. Wenn wir zum Beispiel einen 2-Kubit-Computer haben und zwei weitere Kubikmeter hinzufügen, verdoppelt sich die Rechenleistung nicht einfach und wird zu einem 4-Kubit-Computer, sondern nimmt exponentiell zu, so wie eine Bakterie, wenn sie sich vermehrt. Quantencomputer verwenden den Grover-Algorithmus, um die richtige Lösung unter mehreren oder vielen möglichen Lösungen für verschiedene Probleme zu finden, wobei diejenigen verworfen werden, die nicht funktionieren, und zwar schneller als herkömmliche Binärcomputer

Schrödingers Katze. Lebendig und tot zugleich.

Ein weiteres Phänomen der Quantenphysik ist die Verschränkung. Dieses Phänomen tritt auf, wenn zwei Teilchen so miteinander verbunden sind, dass das, was mit dem einen Teilchen geschieht, sich sofort auf das andere auswirkt, unabhängig davon, wie groß der Abstand zwischen ihnen ist. Diese Veränderungen sind in der Regel auf experimentelle Beobachtungen oder Versuche zur Untersuchung der Teilchen zurückzuführen. Das heißt, die Beobachtung oder das Experiment selbst wird das Ergebnis beeinflussen. Sogar die dreifache Verschränkung, d.h. die Verschränkung von drei Photonen, wurde bereits erreicht. Die Quantenverschränkung ist in den letzten Jahren nicht mehr nur ein Experiment, das auf Labore beschränkt ist. Der aktuelle Rekord für Quantenverschränkung liegt bei 1.200 Kilometern, dank des chinesischen Satelliten Micius im Jahr 2017, dem es gelang, drei quantenverschränkte Photonen an drei Stationen auf der Erde zu übertragen. Der bisherige Rekord lag bei 100 Kilometern. Und es ist nicht nur gelungen, Photonen, sondern auch Atome und sogar Moleküle zu verschränken. Aber warum wurde dieses Experiment von einem Satelliten aus durchgeführt? Denn Experimente, die auf der Erdoberfläche durchgeführt werden, haben eine Schwäche oder einen Nachteil: die unvermeidliche Abschwächung des Signals oder der Informationsübertragung.

Die Technologie des Quantencomputings befindet sich derzeit in einer Phase der Erprobung. Kleine Fortschritte sind gemacht worden, aber es besteht kein Zweifel, dass in einigen Jahren ein Quantensprung in dieser Hinsicht gemacht werden wird.

Zu den Anwendungen des Quantencomputings gehören maschinelles Lernen durch künstliche Intelligenz, Optimierung der Datenverarbeitung, biomedizinische Simulationen, und auch die Finanzindustrie, die chemische Industrie und die Materialwissenschaft, um einige Beispiele zu nennen, werden profitieren.

Quantencomputer könnten die Welt verändern, weil sie die Art und Weise, wie Daten gespeichert, abgerufen und aufbewahrt werden, verändern werden. Quantencomputer gibt es seit 1998, aber bisher ist es ihnen nicht gelungen, herkömmliche Computer zu übertreffen.

Experten glauben, dass Quantencomputer Fortschritte ermöglichen werden, die heute noch unvorstellbar sind. Einige dieser Fortschritte werden im Bereich der Informationsindustrie und des maschinellen Lernens liegen, was die Entwicklung von Verschlüsselungssystemen ermöglichen wird, die wesentlich sicherer sind als die derzeitigen Systeme. Dies ist zum Beispiel für den Bankensektor und das Militär sehr nützlich. Angesichts der immer größer werdenden Gefahr von Cyberspionage für Länder und Organisationen ist die Möglichkeit, eine neue Generation sicherer Kommunikation zu schaffen, von entscheidender Bedeutung. Mit verschränkten Photonen geschieht etwas Merkwürdiges: Selbst wenn man sie trennt, wird, wenn ein Photon beeinflusst wird, sein Zwilling sofort auf die gleiche Weise verändert, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Das bedeutet, dass, wenn ein Hacker eines der miteinander verflochtenen Photonen abfängt, das andere davon weiß.

Der Verschlüsselungsschlüssel wird sich dann ändern, und die Informationen, auf die er Zugriff hatte, werden sich selbst zerstören.

Experten gehen außerdem davon aus, dass er die Entwicklung fortschrittlicherer Algorithmen für die künstliche Intelligenz ermöglicht.

Auch im Bereich der Wissenschaft und der Medizin werden Fortschritte erwartet, etwa bei der Entdeckung optimaler Behandlungsmethoden für einzelne Patienten oder bei der Untersuchung der Strukturen komplexer Moleküle.

Am 26. September 2019 behauptete die englische Zeitung Financial Times in einem Artikel, sie habe auf der Website der NASA eine Ankündigung gefunden, in der erklärt wird, dass Google den ersten Quantencomputer gebaut hat, der in nur 3 Minuten und 20 Sekunden eine Berechnung durchführen kann, für die die besten herkömmlichen Computer rund 10.000 Jahre benötigen würden. Allerdings hat die NASA - laut Financial Times - die Ankündigung kurz nach der Veröffentlichung zurückgezogen. Wenn es stimmt, dass Google diesen bedeutenden Durchbruch erzielt hat, und es sieht so aus, als ob es das getan hat, würde dies die Geschichte der Computerwissenschaft in ein Vorher und ein Nachher teilen, und die so genannte Quantenüberlegenheit wäre erreicht worden.

Die Quantenüberlegenheit tritt laut Experten ein, wenn ein Quantencomputer ein Problem lösen kann, das ein herkömmlicher Computer nicht lösen kann, oder wenn er es schneller schafft.

UPDATE: Am 23. Oktober 2019 hat die Fachzeitschrift Nature die Nachricht veröffentlicht, die Googles Leistung bezüglich der Quantenüberlegenheit bestätigt. Google und die NASA - die mit einem Team von Forschern beider Organisationen an dem Projekt teilgenommen haben - haben enthüllt, dass der Quantenprozessor des Tech-Giganten, Sycamore genannt, etwa 200 Sekunden gebraucht hat, um ein Ergebnis zu erzielen, für das die besten digitalen Supercomputer, ausgestattet mit den besten Algorithmen, schätzungsweise 10.000 Jahre gebraucht hätten. Eine der Schwächen der heutigen Quantencomputer ist ihre Fehleranfälligkeit, die unter anderem auf die Instabilität zurückzuführen ist, die durch die hohen Temperaturen (Kühlung erforderlich) während der Datenverarbeitung verursacht wird, und der nächste Schritt wird darin bestehen, dieses Problem anzugehen, um Lösungen zu finden.

Google-Chef Sundar Pichai verglich die Leistung des Quantencomputers seines Unternehmens mit dem historischen Flug der Gebrüder Wright im Jahr 1903:

Der erste Flug dauerte nur 12 Sekunden, und das hat keinen praktischen Nutzen. Aber es hat bewiesen, dass ein Flugzeug fliegen kann, sagte er.

Ein Quantencomputer oder Quantencomputer hat keinen Arbeitsspeicher, keine Festplatte. Es hat nur einen Quantenprozessor, der die Zustände der Cubits mit Hilfe von Mikrowellensignalen steuert. In Intels 49-Kubik-Quantencomputer, den Intel 2018 in Zusammenarbeit mit dem QuTech (dem Quantenforschungsinstitut der Technischen Universität Delft) entwickelt hat, befindet sich der Quantenprozessor in einem Kühlsystemgehäuse, das mit satten -273 Grad Celsius (minus 273 Grad Celsius) arbeitet. Es gibt einen Kontrollraum, von dem aus die oben erwähnten Mikrowellensignale gesendet werden und der über Systeme zur Interpretation des Zustands der Cubits verfügt. In diesem Kontrollraum befinden sich auch herkömmliche Computersysteme zur Analyse und Interpretation der erhaltenen Ergebnisse.

Arbeiter neben einem IBM-Quantencomputersystem.

Arbeiter neben einem IBM-Quantencomputersystem.

Arbeiter neben einem IBM-Quantencomputersystem.

Arbeiter neben einem IBM-Quantencomputersystem.

Weil sie eine große Menge an Daten gleichzeitig verarbeiten können. Die Computer sind so groß wie ein Stadion. In Lateinamerika gibt es, glaube ich, nur drei in Brasilien und einen in Mexiko.

Diese Art von Computern kann mit der richtigen Software Wunder bewirken

Sie können Wunder bewirken.

Zunächst, was ist ein Quantencomputer?

Ein klassischer Computer arbeitet mit Informationsmodellen, die durch Bits dargestellt werden. Diese Bits haben den Wert 0 (Null) und 1. Die Quantenberechnung verarbeitet im Gegensatz zur traditionellen Information mittels Qubits, die sowohl 1 und 0 darstellen können, aber auch die Kombination zwischen diesen Werten (0 und 0; 1 und 1; 0 und 1).

Dies nennt man Superposition. Eine solche Überlagerung bedeutet nicht, dass der Quantencomputer genau schneller ist, aber er hat einen größeren Bereich der Informationsverarbeitung.

Nun zur Frage, können sie die Welt verändern?..... hehehehehe Ich glaube nicht!

Ich habe eine Idee, aber es gibt Computerexperten im Forum, die Ihnen eine bessere Antwort geben können.

Ich schlage vor, Sie fragen Benutzer-11050107535502397662

Ich schlage vor, Sie fragen Benutzer-11050107535502397662