Quantum Computing nutzt die Quantenmechanik, um enorme Informationsmengen mit unglaublich hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten. Es dauert einige Minuten bis mehrere Stunden, bis ein Quantencomputer ein Problem löst, für dessen Lösung ein Desktop-Computer Jahre oder Jahrzehnte benötigen würde.
Quantencomputing bereitet den Weg für eine neue Generation von Supercomputern. Von diesen Quantencomputern wird erwartet, dass sie bestehende Technologien in Bereichen wie Modellierung, Logistik, Trendanalyse, Kryptographie und künstliche Intelligenz übertreffen.
Quantencomputing erklärt
Die Idee des Quantencomputers wurde erstmals in den frühen 1980er Jahren von Richard Feynman und Yuri Manin entwickelt. Feynman und Manin glaubten, dass ein Quantencomputer Daten auf eine Weise simulieren könnte, die ein Desktop-Computer nicht kann. Erst Ende der 1990er Jahre bauten Forscher die ersten Quantencomputer.
Quantum Computing verwendet Quantenmechanik, wie Superposition und Verschränkung, um Berechnungen durchzuführen. Die Quantenmechanik ist ein Zweig der Physik, der Dinge untersucht, die extrem klein, isoliert oder k alt sind.
Die primäre Verarbeitungseinheit des Quantencomputings sind Quantenbits oder Qubits. Qubits werden im Quantencomputer mithilfe der quantenmechanischen Eigenschaften einzelner Atome, subatomarer Teilchen oder supraleitender elektrischer Sch altkreise erzeugt.
Qubits ähneln den Bits, die von Desktop-Computern verwendet werden, da Qubits in einem 1- oder 0-Quantenzustand sein können. Qubits unterscheiden sich dadurch, dass sie sich auch in einer Überlagerung der Zustände 1 und 0 befinden können, was bedeutet, dass Qubits gleichzeitig sowohl 1 als auch 0 darstellen können.
Wenn sich Qubits in Superposition befinden, werden zwei Quantenzustände addiert und ergeben einen weiteren Quantenzustand. Superposition bedeutet, dass mehrere Berechnungen gleichzeitig verarbeitet werden. Zwei Qubits können also vier Zahlen gleichzeitig darstellen. Normale Computer verarbeiten Bits nur in einem von zwei möglichen Zuständen, 1 oder 0, und Berechnungen werden einzeln verarbeitet.
Quantencomputer verwenden auch Verschränkung, um Qubits zu verarbeiten. Wenn ein Qubit verschränkt ist, hängt der Zustand dieses Qubits vom Zustand eines anderen Qubits ab, sodass ein Qubit den Zustand seines unbeobachteten Paares offenbart.
Der Quantenprozessor ist der Kern des Computers
Das Erstellen von Qubits ist eine schwierige Aufgabe. Es braucht eine eingefrorene Umgebung, um ein Qubit für längere Zeit aufrechtzuerh alten. Die zur Herstellung eines Qubits benötigten supraleitenden Materialien müssen auf den absoluten Nullpunkt (etwa minus 272 Grad Celsius) gekühlt werden. Die Qubits müssen auch vor Hintergrundrauschen abgeschirmt werden, um Fehler bei der Berechnung zu reduzieren.
Das Innere eines Quantencomputers sieht aus wie ein schicker goldener Kronleuchter. Und ja, es ist aus echtem Gold. Es ist ein Verdünnungskühlschrank, der die Quantenchips kühlt, damit der Computer Überlagerungen erzeugen und Qubits verschränken kann, ohne Informationen zu verlieren.
Der Quantencomputer stellt diese Qubits aus jedem Material her, das quantenmechanische Eigenschaften aufweist, die kontrolliert werden können. Quantencomputing-Projekte erzeugen Qubits auf unterschiedliche Weise, z. B. durch das Schleifen von supraleitenden Drähten, das Drehen von Elektronen und das Einfangen von Ionen oder Photonenimpulsen. Diese Qubits existieren nur bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, die im Verdünnungskühlschrank erzeugt werden.
Die Programmiersprache für Quantencomputing
Quantenalgorithmen analysieren die Daten und bieten darauf basierende Simulationen an. Diese Algorithmen sind in einer quantenfokussierten Programmiersprache geschrieben. Mehrere Quantensprachen wurden von Forschern und Technologieunternehmen entwickelt.
Dies sind einige der Programmiersprachen für Quantencomputer:
- QISKit: Das Quantum Information Software Kit von IBM ist eine Full-Stack-Bibliothek zum Schreiben, Simulieren und Ausführen von Quantenprogrammen.
- Q: Die im Microsoft Quantum Development Kit enth altene Programmiersprache. Das Entwicklungskit enthält einen Quantensimulator und Algorithmusbibliotheken.
- Cirq: Eine von Google entwickelte Quantensprache, die eine Python-Bibliothek verwendet, um Sch altkreise zu schreiben und diese Sch altkreise in Quantencomputern und Simulatoren auszuführen.
- Forest: Eine von Rigetti Computing erstellte Entwicklerumgebung, die Quantenprogramme schreibt und ausführt.
Verwendungen für Quantencomputing
Echte Quantencomputer sind in den letzten Jahren verfügbar geworden, und nur wenige große Technologieunternehmen haben einen Quantencomputer. Einige dieser Technologieunternehmen sind Google, IBM, Intel und Microsoft. Diese Technologieführer arbeiten mit Herstellern, Finanzdienstleistern und Biotechfirmen zusammen, um eine Vielzahl von Problemen zu lösen.
Die Verfügbarkeit von Quantencomputerdiensten und die Weiterentwicklung der Rechenleistung geben Forschern und Wissenschaftlern neue Werkzeuge an die Hand, um Lösungen für Probleme zu finden, die zuvor unmöglich zu lösen waren. Quantum Computing hat den Zeit- und Ressourcenaufwand reduziert, der erforderlich ist, um unglaubliche Datenmengen zu analysieren, Simulationen zu diesen Daten zu erstellen, Lösungen zu entwickeln und neue Technologien zu entwickeln, die Probleme beheben.
Wirtschaft und Industrie nutzen Quantencomputing, um neue Wege der Geschäftstätigkeit zu erkunden. Hier sind einige der Quantencomputing-Projekte, von denen Unternehmen und Gesellschaft profitieren könnten:
- Die Luft- und Raumfahrtindustrie nutzt Quantencomputing, um bessere Möglichkeiten zur Steuerung des Luftverkehrs zu untersuchen.
- Finanz- und Investmentfirmen hoffen, Quantencomputing nutzen zu können, um das Risiko und die Rendite von Finanzanlagen zu analysieren, Portfoliostrategien zu optimieren und finanzielle Übergänge zu regeln.
- Hersteller setzen Quantencomputer ein, um ihre Lieferketten zu verbessern, Effizienzsteigerungen in ihren Herstellungsprozessen zu erzielen und neue Produkte zu entwickeln.
- Biotech-Firmen suchen nach Wegen, um die Entdeckung neuer Medikamente zu beschleunigen.
Finde einen Quantencomputer und experimentiere mit Quantencomputing
Einige Informatiker entwickeln Methoden, um Quantencomputer auf einem Desktop-Computer zu simulieren.
Viele der weltweit größten Technologieunternehmen bieten Quantendienste an. In Kombination mit Desktop-Computern und -Systemen schaffen diese Quantendienste eine Umgebung, in der die Quantenverarbeitung – mit Desktop-Computern – komplexe Probleme löst.
- IBM bietet die IBM Q-Umgebung mit Zugriff auf mehrere echte Quantencomputer und Simulationen, die Sie über die Cloud verwenden können.
- Alibaba Cloud bietet eine Cloud-Plattform für Quantencomputing, auf der Sie benutzerdefinierte Quantencodes ausführen und testen können.
- Microsoft bietet ein Quantenentwicklungskit an, das die Programmiersprache Q, Quantensimulatoren und Entwicklungsbibliotheken mit gebrauchsfertigem Code enthält.
- Rigetti hat eine Quanten-First-Cloud-Plattform, die sich derzeit in der Beta-Phase befindet. Ihre Plattform ist mit ihrem Forest SDK vorkonfiguriert.
Quantencomputing-Neuigkeiten in der Zukunft
Der Traum ist, dass Quantencomputer Probleme lösen werden, die derzeit zu groß und zu komplex sind, um sie mit Standardhardware zu lösen - insbesondere für die Umweltmodellierung und die Eindämmung von Krankheiten.
Desktop-Computer haben nicht den Platz, um diese komplexen Berechnungen auszuführen und diese unglaubliche Menge an Datenanalysen durchzuführen. Quantum Computing benötigt die größten Big-Data-Sammlungen und verarbeitet diese Informationen in einem Bruchteil der Zeit, die auf einem Desktop-Computer benötigt würde. Daten, für deren Verarbeitung und Analyse ein Desktop-Computer mehrere Jahre benötigen würde, benötigen für einen Quantencomputer nur wenige Tage.
Quantencomputer stecken noch in den Kinderschuhen, aber sie haben das Potenzial, die komplexesten Probleme der Welt mit Lichtgeschwindigkeit zu lösen. Wie weit das Quantencomputing wachsen wird und wie es um die Verfügbarkeit von Quantencomputern bestellt ist, kann sich niemand vorstellen.
