Die leistungsstärksten Computer der Welt
Berechnungen durchführen, die heute unmöglich sind
Neue Programmiertechniken
Quantencomputer: Qubits vs. Bits
Das Prinzip der Quantenüberlagerung
Binäres Bit-System
Parallele Berechnungen durchführen
Verkürzung der Zeit von Jahren auf Minuten
Das Verschränkungsprinzip
Verschränkung zwischen Qubits
Probleme in Sicht
Die Qubit-Instabilität
IBM im Zeitalter der Quantencomputer
Die Ankunft von 'Eagle'
Wachstum der Quantenindustrie
Auch Google versucht es
IBMs Nachbildung
Quantencomputer sind bereits Realität
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Quantencomputer: Was sie sind und warum sie unser Leben für immer verändern werden
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Die leistungsstärksten Computer der Welt

Vor einigen Jahren, im Jahr 2007, erklärte Ignacio Cirac, Direktor des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Deutschland, in einem Interview mit der spanischen Zeitung 'La Vanguardia', dass Quantencomputer die Zukunft seien und nichts mit den Computern zu tun hätten, an die wir gewöhnt sind, nicht einmal mit den leistungsstärksten der Welt.

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Berechnungen durchführen, die heute unmöglich sind

Was Quantencomputer möglich machen würden, sind Berechnungen, die heute noch unmöglich oder zumindest fast unmöglich sind, wie der gesamte Bereich der Hochtechnologie zu übertreffen versucht, indem er verschiedene Modelle vorschlägt. Einige sind dem sehr nahe gekommen. Lass uns herausfinden, was Quantencomputer sind und warum jeder einen haben sollte.

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Neue Programmiertechniken

Teresa Versyp, Professorin für Physik und Autorin mehrerer Bücher über Quantenphysik, sagt in ihrem Buch 'Sorvolando sul territorio de Quantum': "In der Quantencomputerprogrammierung werden neue Sprachen, neue Algorithmen und Programmiertechniken entwickelt, die auf der Quantenlogik basieren".

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Quantencomputer: Qubits vs. Bits

Der Hauptunterschied zwischen einem traditionellen und einem Quantencomputer ist die Anzahl der Bits, die sie verwenden können. In Quantencomputern sprechen wir schon jetzt nicht mehr von Bits, sondern von Qubits (Quantenbits).

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Das Prinzip der Quantenüberlagerung

Die Eigenschaft, die Qubits viel spezieller macht als herkömmliche Bits, ist die sogenannte Superposition, ein Prinzip der Quantenphysik, nach dem ein einzelnes Teilchen gleichzeitig in verschiedenen Zuständen sein kann.

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Binäres Bit-System

Während in einem herkömmlichen Computer ein Bit durch Null oder Eins repräsentiert wird, d.h. in einem binären System, kann das Qubit in einem Quantencomputer gleichzeitig Null oder Eins oder Null und Eins sein.

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Parallele Berechnungen durchführen

All dies ist auf das oben erwähnte Prinzip der Überlagerung von Quantenzuständen zurückzuführen, dank dem es möglich sein wird, Berechnungen parallel durchzuführen und nicht eine nach der anderen, wie es bei den Computern, die wir gewohnt sind, geschieht.

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Verkürzung der Zeit von Jahren auf Minuten

Auf diese Weise können Berechnungen sehr schnell durchgeführt werden und die Rechenleistung kann genutzt werden, um die Zeit von Jahren auf Minuten zu reduzieren.

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Das Verschränkungsprinzip

Ein weiteres Prinzip, das die Quantenphysik kennzeichnet und das bei der Quantenberechnung genutzt wird, ist die Verschränkung. Demnach sind zwei Teilchen, die in einem Zustand der Verschränkung vereint sind, auch dann noch 'abgestimmt', wenn sie durch sehr große Entfernungen voneinander getrennt sind: Das bedeutet, dass die Veränderung, die in einem von ihnen hervorgerufen wird, sich sofort auf das andere auswirkt.

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Verschränkung zwischen Qubits

Im Fall von Quantencomputern findet die Verschränkung zwischen Qubits statt und ermöglicht eine sehr starke Beschleunigung bei der Verarbeitung von Berechnungen.

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Probleme in Sicht

Natürlich ist nicht alles so einfach, wie es scheint. Es gibt eine Reihe von Problemen beim Erreichen bestimmter Ergebnisse. Zunächst einmal muss die Qualität der Qubits hoch gehalten werden. Sie sind zwar sehr leistungsfähig, aber auch extrem empfindlich.

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Die Qubit-Instabilität

Vibrationen oder Temperaturschwankungen in der Umgebung reichen aus, damit sie ihre charakteristischen Eigenschaften verlieren. Partikel sind so instabil, dass es nur sehr wenig braucht, damit sie ihre verarbeiteten Daten oder Informationen verlieren.

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IBM im Zeitalter der Quantencomputer

Nachdem wir gesehen haben, was ein Quantencomputer ist, wollen wir nun sehen, ob einer der verschiedenen Giganten der technologischen Welt es bereits geschafft hat, zumindest einen Prototyp zu erhalten. An erster Stelle steht IBM, die 2001 ein 7-Qubit-Modell entwickelt haben und in den folgenden Jahren zwei weitere Modelle mit 16 und 17 Qubits auf den Markt gebracht haben. Außerdem hatte sie für 2019 einen 20-Qubit-Computer angekündigt, während es ihr in ihren Laboren gelang, ein 56-Qubit-Modell zu bauen.

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Die Ankunft von 'Eagle'

Aber das Flaggschiffmodell, wenn wir es so nennen können, das IBM entwickelt hat, heißt 'Eagle' und wurde auf dem Quantum Summit 2021 angekündigt: Es ist der erste 127-Qubit-Quantenprozessor. "Die Einführung des 'Eagle'-Prozessors ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu dem Tag, an dem Quantencomputer die klassischen Computer bei nützlichen Anwendungen übertreffen können", sagte Darío Gil, Direktor von IBM Research.

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Wachstum der Quantenindustrie

"Das Quantencomputing hat die Macht, fast jede Branche zu verändern und uns dabei zu helfen, die größten Probleme unserer Zeit zu lösen. Aus diesem Grund treibt IBM die Innovation im Bereich der Quantenhardware und -software weiter voran und entwickelt Ausführungsmodi, die es Quanten- und klassischen Workloads ermöglichen, sich gegenseitig zu verbessern und ein globales Ökosystem zu schaffen, das für das Wachstum der Quantenindustrie unerlässlich ist", sagt der Direktor von IBM Research.

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Auch Google versucht es

Aber nicht nur IBM, auch Google hat in seinem Quantum AI Lab 2018 Bristlecone, einen 72-Qubit-Supercomputer, entwickelt. 2019 wurde in der Financial Times berichtet (aber später wieder entfernt), dass Google die "Quantenüberlegenheit" erreicht hat, indem es eine Berechnung in nur 3 Minuten durchgeführt hat; Berechnungen, für die der IBM Summit, der schnellste (Nicht-Quanten-)Computer der Welt, etwa 10.000 Jahre gebraucht hätte.

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IBMs Nachbildung

IBM antwortete seinerseits, dass 'Summit' mit einer anderen Konfiguration etwa zwei Tage gebraucht hätte, um die gleiche Berechnung durchzuführen.

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Quantencomputer sind bereits Realität

Neben IBM und Google haben unter anderem auch Microsoft, Samsung und Amazon beschlossen, Quantenprozessoren zu entwickeln. Kurz gesagt: Quantencomputing ist bereits Realität, wir müssen nur noch abwarten, was die Zukunft bringt. Quantum, natürlich.

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