20230223 Quantencomputer

23.02.2023 Quantencomputer
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Mehr als Nullen und Einsen

... findet man in der links abgebildeten Rechenhilfe nicht, eigentlich sind selbst die Nullen darauf nicht sichtbar. Im normalen Computer tummeln sich dann (nur) die Nullen und Einsen. D.h. es gibt viele aber nur endlich vorhersagbare Zustände der ebenfalls inzwischen sehr vielen Speicherplätze.

Soweit kennt Jede/r die makroskopische Welt in der wir leben. Im Mikrokosmos können/müssen jedoch Teilchen miteinander interagieren und ihre Zustände zu einem Zeitpunkt sind dann nicht mehr eindeutig vorhersagbar. In einem Quantencomputer macht man sich diese "Verschränktheit" (Wechselwirkung miteinander) zu nutze.

Was sollen die Vorteile sein?

Wenn selbst klassische Supercomputer an der Komplexität bestimmter Aufgaben scheitern, könnten Quantencomputer eine Lösung sein:

Optimierungsaufgaben (zum Beispiel aus den Bereichen Finanzwirtschaft und Logistik sowie energetische Optimierungen);
Simulationen (beispielsweise um neue chemische Stoffe für Biotechnologie oder Medikamente zu finden oder neue Werkstoffe für Akkumulatoren);
maschinelle Lernverfahren (als quantenmaschinelles Lernen für verschiedenste Aufgabengebiete wie zum Beispiel Mustererkennung);
Generierung von echten Zufallszahlen oder
Kryptographie.

Das sind alles Aufgaben, an denen sich zur Zeit normale Computer die Zähne ausbeißen, u.a. auch an der aktuell genutzten Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Zwar erreicht die Miniaturisierung auf den Computerchips jährlich neue Rekorde in Speichergröße und Geschwindigkeit, wird im Ergebnis aber an die Grenze zum Mikrokosmos kommen.

Damit stößt man automatisch auf die in Quantencomputer gewollten Eigenschaften, die sich sich im "normalen" Computer zum Problem entwickeln würden. Wenn in diesem eine 0 und eine 1 nicht mehr eindeutig unterscheidbar wären, müsste man ihn wohl entsorgen. Wie man versucht, sich im Quantencomputer durch solche Zwischenzustände ungeheure zusätzliche Rechenleistung zu verschaffen und sich gleichzeitig gegen die "Unbestimmtheit" abzusichern, ist das derzeitige Forschungsgebiet. Über die dafür notwendige Mathematik steht einiges hier https://de.wikipedia.org/wiki/Quantencomputer

Googles Fortschritt

Um dieser "Unbestimmtheit" die Gefahr von Fehlern zu nehmen, ist man nun einen Schritt weitergekommen. Nzz.ch schreibt: "Jetzt hat Google eine erste Hürde zu fehlertoleranten Rechnern genommen." Über das "wie" erfahren wir jedoch vor der Bezahlschranke wenig.

Dafür können wir uns den Quantencomputer bald selbst ansehen, denn die Firma SpinQ aus Shenzhen bietet als eine der ersten weltweit kleine Quantencomputer an. Für den Hausgebrauch sind die Geräte - abgesehen davon, dass kein "normales" Programm dort einfach laufen dürfte - noch zu teuer und sie werden wohl erstmal von Universitäten oder Schulen gekauft.

Spätestens mit ihrer Verbreitung werden die Quantencomputer dann zeigen, für welche der oben genannten Aufgaben sie prädestiniert sind und ob unsere Ende-zu-Ende Verschlüsselung wirklich in Gefahr ist.

Mehr dazu bei https://www.nzz.ch/wissenschaft/quantencomputer-neue-methode-von-google-zur-korrektur-der-fehler-ld.1727280
und https://de.wikipedia.org/wiki/Quantencomputer
und https://www.nzz.ch/technologie/quanten-computer-spinq-aus-china-verkauft-desktop-geraete-ld.1717776