Was ist und wie funktioniert ein Quantencomputer?

Wir haben alle schon einmal die Worte Quantencomputer gehört, aber im Allgemeinen wissen nur sehr wenige, was es wirklich ist. Für viele ist das erste, was mir in den Sinn kommt, ein sehr leistungsfähiger Personal Computer, der jede Aufgabe ausführen kann, aber mit maximaler Geschwindigkeit, aber Es ist kein einfacher, superstarker ComputerEs ist viel mehr als das.

Obwohl Dies sind Maschinen, die für die breite Öffentlichkeit völlig unerreichbar sindSie erzeugen viel Neugier. In diesem Artikel erklären wir, was ein Quantencomputer ist und wofür er allgemein verwendet wird und auf welchen Quantenphänomenen seine Leistung basiert.

Was ist ein Quantencomputer?

Quantencomputer sind Mammutmaschinen, die einige Phänomene der Quantenmechanik nutzen, um die Verarbeitungsleistung stark zu steigern. Quantencomputer sind in der Lage, mit dem Bitumen eines herkömmlichen Super-Desktop-Computers Schritt zu halten. Etwas, das oft als Quantenüberlegenheit bezeichnet wird.

Bedeutet dies, dass wir alle zu Hause einen Quantencomputer haben werden, um im Internet zu surfen oder Videospiele zu spielen? Absolut nicht. Klassische Maschinen werden weiterhin die übliche Lösung sein, um sowohl unsere Probleme zu lösen als auch um unsere interaktive Freizeit zu nutzen. Auch das wirtschaftlichste.

Quantencomputer versprechen einen Schub für verschiedene Bereiche des technologischen Fortschritts wie Wissenschaft, Medizin oder Genetik. Einige Unternehmen beginnen bereits damit, ihre neuen Produkte zu entwickelnB. neue leichtere und haltbarere Materialien, um den thermischen Kraftstoff vollständig zu ersetzen.

Quantum

Wie funktioniert ein Quantencomputer?

Diese Maschinen Sie stützen ihre Leistung nicht auf herkömmliche HardwareWie bei unseren Heimcomputern geht es nicht um großformatige Grafikkarten und Prozessoren, sondern um viel mehr, sowohl in Bezug auf die Menge als auch auf die Komplexität. Das Geheimnis der Leistung eines Quantencomputers liegt in seiner Fähigkeit, Quantenbits zu erzeugen und zu manipulieren Qubits.

Was ist ein Qubit?

Herkömmliche Computer verwenden Bits, Megabyte, Gigabit…. Ein Strom von elektrischen oder optischen Impulsen, die Einsen und Nullen darstellen. Die gesamte virtuelle Welt aus einer E-Mail, einer Website oder einem Film, die wir online sehen, ist für eine lange Kette von Nullen und Einsen unerlässlich.

Quantencomputer verwenden Qubits, subatomare Teilchen wie Elektronen oder Photonen. Der Ansatz einiger Unternehmen gefällt Google setzt auf supraleitende Schaltkreise, die auf Temperaturen unter dem Weltraum gekühlt werden. Andere fangen einzelne Atome in elektromagnetischen Feldern auf einem Siliziumchip in einer Vakuumkammer ein. In beiden Fällen besteht das Ziel darin, die Qubits in einen kontrollierten Quantenzustand zu isolieren.

Qubits haben einige besondere Eigenschaften, die es einer Gruppe von ihnen ermöglichen, viel mehr Rechenleistung als die gleiche Anzahl von Binärbits zu liefern. Die wichtigsten sind Überlagerung und Quantenverschränkung.

Was ist Quantenüberlagerung?

Quantenüberlagerung tritt in der Natur auf, wenn ein Elementarteilchen gleichzeitig zwei oder mehr Zustände besitzt, wie dies bei Photonen der Fall ist Sie können gleichzeitig an zwei verschiedenen Orten bleiben, was in der gewöhnlichen physischen Welt unvorstellbar ist.

Diese Eigenschaft wird auch bei anderen Teilchen wie Elektronen oder Neutronen, bei Atomen oder sogar bei kleinen Molekülen beobachtet. Diese Reise hat Wissenschaftler dazu gebracht, sich zu fragen, wo die Grenze zwischen der Quantenwelt und dem, was wir die reale Welt nennen, liegt, wenn ein Teilchen nicht mehr Quanten ist und bekannten physikalischen Gesetzen unterworfen ist.

Dank dieses Phänomens kann ein Quantencomputer mit mehreren überlappenden Qubits gleichzeitig zu einer großen Anzahl möglicher Ergebnisse gelangen.

Quantenchips

Quantenverschränkung

Sie können Paare von "verschränkten" Qubits erzeugen, wobei beide im gleichen Quantenzustand existieren. Ändern Sie den Status eines der Qubits es würde sofort den Zustand des anderen auf vorhersehbare Weise verändern, dies geschieht auch dann, wenn Sie weit voneinander entfernt sind.

Es ist nicht sicher bekannt, wie oder warum die Quantenverschränkung tatsächlich funktioniert. Etwas, das Albert Einstein selbst verwirren konnte, der es als "eine furchterregende Aktion aus der Ferne" beschreiben würde.. Verschränkung ist für Quantencomputer von entscheidender Bedeutung, um ihre große Kraft zu erlangen. In einem herkömmlichen Computer verdoppelt das Verdoppeln der Anzahl von Bits seine Verarbeitungsleistung. Im Fall eines Quantencomputers führt das Hinzufügen zusätzlicher Qubits zu einer exponentiellen Erhöhung seiner Kapazität.

Diese Maschinen nutzen die Qubits, die in einer Art Quanten-Daisy-Chain verwickelt sind, um Operationen auszuführen. Die Fähigkeit von Maschinen, Berechnungen mit speziell entwickelten Quantenalgorithmen zu beschleunigen, ist der Grund, warum sie so viel Aufregung erzeugen.

Birne Bei Quantencomputern ist nicht alles außergewöhnlich, da sie sehr fehleranfällig sindaufgrund von Recheninkonsistenz.

Inkonsistenz

Dies ist ein Phänomen, das dazu führt, dass das Quantenverhalten aufgrund der Wechselwirkung von Qubits mit ihrer Umgebung zerfällt und schließlich verschwindet, da ihr Quantenzustand sehr fragil ist. Eine leichte Vibration oder eine Änderung der Temperatur kann dazu führen, dass diese aus der Überlappung herauskommen, bevor die Aufgabe abgeschlossen ist. Aus diesem Grund werden Qubits normalerweise in Kühlschränken und Vakuumkammern bei einer sehr niedrigen Temperatur gelagert.

Googles Quantencomputer

Google wollte bei der Quantentechnologie, dem nordamerikanischen Riesen, nicht zurückbleiben hat einen Quantencomputer entwickelt, der eine Berechnung in 200 Sekunden durchführen kann, was in einem herkömmlichen Super-PC zehntausend Jahre gedauert hätte. Deshalb wird verkündet, dass Quantencomputer die unmittelbare Zukunft sind. Obwohl seine Konkurrenz IBM nicht ganz zustimmt.

Neutrale Forscher zeigen, dass Googles Quantencomputer eine Zufallszahlenberechnung durchführen musste, die nur erfolgreich sein konnte, wenn alle Komponenten des Computers in perfekter Harmonie arbeiteten.

Präsident von Google mit einem Wissenschaftler

Google plant nicht, in diesem Rennen ins Hintertreffen zu geraten, und verspricht daher, viel mehr Kapital in diese Technologie zu investieren. Im Fall von Google können wir uns vorstellen, dass dies der Fall sein wird, obwohl IMB nicht beabsichtigt, untätig zu bleiben, da die meisten seiner Ressourcen derzeit für die Verbesserung dieser Technologie verwendet werden. Die Zeit wird zeigen, ob Google allein in der Lage ist, die Quantenüberlegenheit zu entwickeln, oder sich seiner Konkurrenz anschließen muss.

Es ist eine Technologie, die kann uns allen bei der Entwicklung von Arzneimitteln zur Heilung von Krankheiten zugute kommen bisher unheilbar.


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