Was ist Quantencomputer?

Quantum Computing nutzt die Quantenmechanik, um enorme Informationsmengen mit unglaublich hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten. Ein Quantencomputer benötigt einige Minuten bis mehrere Stunden, um ein Problem zu lösen, für dessen Lösung ein Desktop-Computer Jahre oder Jahrzehnte brauchen würde.

Quantencomputing bereitet die Bühne 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.

Quantencomputer erklärt

Die Idee des Quantencomputings wurde erstmals in den frühen 1980er Jahren von Richard Feynman und Yuri Manin erfunden. Feynman und Manin glaubten, dass ein Quantencomputer Daten auf eine Weise simulieren könnte, die ein Desktop-Computer nicht konnte. Erst Ende der 1990er Jahre bauten Forscher die ersten Quantencomputer.

Die primäre Verarbeitungseinheit des Quantencomputings sind Quantenbits oder Qubits. Qubits werden im Quantencomputer mithilfe der quantenmechanischen Eigenschaften einzelner Atome, subatomarer Teilchen oder supraleitender elektrischer Schaltkreise erzeugt.

Qubits ähneln den Bits, die von Desktop-Computern verwendet werden, da Qubits in einem 1- oder 0-Quantenzustand sein können. Qubits unterscheiden sich darin, dass sie sich auch in einer Überlagerung der Zustände 1 und 0 befinden können, was bedeutet, dass Qubits sowohl 1 als auch 0 gleichzeitig darstellen können.

Wenn sich Qubits in Überlagerung befinden, addieren sich zwei Quantenzustände und ergeben einen weiteren Quantenzustand. Überlagerung bedeutet, dass mehrere Berechnungen gleichzeitig verarbeitet werden. Zwei Qubits können also gleichzeitig vier Zahlen darstellen. Normale Computer verarbeiten Bits nur in einem von zwei möglichen Zuständen, 1 oder 0, und die 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 das Herzstück des Computers

Qubits zu erstellen ist eine schwierige Aufgabe. Es braucht eine eingefrorene Umgebung, um ein Qubit über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten. Die zur Herstellung eines Qubits benötigten supraleitenden Materialien müssen auf gekühlt werden Absoluter Nullpunkt (ca. minus 272 Grad Celsius). Die Qubits müssen außerdem 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, sodass der Computer Überlagerungen erzeugen und Qubits verschränken kann, ohne dass Informationen verloren gehen.

Der Quantencomputer stellt diese Qubits aus jedem Material her, das kontrollierbare quantenmechanische Eigenschaften aufweist. Quantencomputing-Projekte erzeugen Qubits auf unterschiedliche Weise, z. Diese Qubits existieren nur bei den Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, die im Verdünnungskühlschrank erzeugt werden.

Die Quantencomputer-Programmiersprache

Quantenalgorithmen analysieren die Daten und bieten Simulationen auf Basis der Daten an. Diese Algorithmen sind in einer quantenorientierten Programmiersprache geschrieben. Mehrere Quantensprachen wurden von Forschern und Technologieunternehmen entwickelt.

Dies sind einige der Programmiersprachen für Quantencomputer:

• QISKit: Die Quantum Information Software-Kit von IBM ist eine Full-Stack-Bibliothek zum Schreiben, Simulieren und Ausführen von Quantenprogrammen.
• Q#: Die im Microsoft® enthaltene Programmiersprache Quantenentwicklungskit. Das Entwicklungskit enthält einen Quantensimulator und Algorithmusbibliotheken.
• Cirq: EIN Von Google entwickelte Quantensprache die eine Python-Bibliothek verwendet, um Schaltungen zu schreiben und diese Schaltungen in Quantencomputern und Simulatoren auszuführen.
• Wald: Eine von Rigetti Computing erstellte Entwicklerumgebung, die Quantenprogramme schreibt und ausführt.

Anwendungen für Quantencomputer

In den letzten Jahren sind echte Quantencomputer auf den Markt gekommen, und nur wenige große Technologieunternehmen verfügen über einen Quantencomputer. Einige dieser Technologieunternehmen sind Google, IBM, Intel und Microsoft. Diese Technologieführer arbeiten mit Herstellern, Finanzdienstleistungsunternehmen und Biotech-Firmen zusammen, um eine Vielzahl von Problemen zu lösen.

Die Verfügbarkeit von Quantencomputerdiensten und der Fortschritt in der Rechenleistung geben Forschern und Wissenschaftlern neue Werkzeuge, um Lösungen für Probleme zu finden, die zuvor unlösbar waren. Quantum Computing hat den Zeit- und Ressourcenaufwand für die Analyse unglaublicher Mengen an Daten erstellen, Simulationen zu diesen Daten erstellen, Lösungen entwickeln und neue Technologien entwickeln, die das Problem beheben Probleme.

Unternehmen und Industrie nutzen Quantencomputing, um neue Wege der Geschäftstätigkeit zu erkunden. Hier sind einige der Quantencomputing-Projekte, von denen Unternehmen und Gesellschaft profitieren können:

• Die Luft- und Raumfahrtindustrie nutzt Quantencomputer, um bessere Möglichkeiten zur Steuerung des Flugverkehrs zu untersuchen.
• Finanz- und Wertpapierfirmen hoffen, mithilfe von Quantencomputern 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, Effizienz in ihren Herstellungsprozessen zu schaffen und neue Produkte zu entwickeln.
• Biotech-Firmen suchen nach Wegen, um die Entdeckung neuer Medikamente zu beschleunigen.

Finden Sie einen Quantencomputer und experimentieren Sie mit Quantencomputing

Einige Informatiker entwickeln Methoden, um Quantencomputing 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 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 a Quantencomputing-Cloud-Plattform wo Sie benutzerdefinierte Quantencodes ausführen und testen können.
• Microsoft bietet eine Quantenentwicklungskit Dazu gehören die Programmiersprache Q#, Quantensimulatoren und Entwicklungsbibliotheken mit gebrauchsfertigem Code.
• 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, 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. Quantencomputing braucht am längsten Große Daten sammelt und verarbeitet diese Informationen in einem Bruchteil der Zeit, die ein Desktop-Computer in Anspruch nehmen würde. Daten, für die ein Desktop-Computer mehrere Jahre benötigen würde, um sie zu verarbeiten und zu analysieren, dauert für einen Quantencomputer nur wenige Tage.

Quantencomputing steckt noch in den Kinderschuhen, hat aber das Potenzial, die komplexesten Weltprobleme mit Lichtgeschwindigkeit zu lösen. Wie weit das Quantencomputing wachsen wird und die Verfügbarkeit von Quantencomputern ist, kann man nur erahnen.