Wie funktionieren eigentlich Quantencomputer?

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Quantencomputer – Der Schlüssel zur Zukunft?

 

Ach Computer…

Was wärst du nur ohne sie?

Suchmaschinen, Soziale Medien, Por- äh…HOME OFFICE!!

Im digitalen Informationszeitalter begleiten sie uns durch unseren Alltag und sind schon gar nicht mehr wegzudenken.

Seit den 60er Jahren bis heute verbesserte sich die Rechenleistung exponentiell!

Doch nun nähern wir uns einem Punkt, an dem dieses Wachstum eine physische Grenze erreicht. Und die einzige Möglichkeit diese Barriere zu überschreiten, ist eine völlig neue Art von Computer:

Der Quantencomputer.

 

Mit diesem Text möchte ich dir genau 3 Fragen beantworten (die du vermutlich nie gestellt hättest):

  1. Was ist ein Quantencomputer?
  2. Was bringt er dir?
  3. Wer baut den ersten?

Also, verlieren wir keine Zeit – auf geht’s!

 

Was ist ein Quantencomputer?

Und wie funktioniert er?

Bestandteile von normalen Computern wurden in den letzten Jahrzehnten immer kleiner und kleiner.

Wir befinden uns hier im Nanoreich

Es gibt bereits sogar Computerteile, die gerade mal 14nm groß sind und somit 500.000 Mal kleiner als ein rotes Blutkörperchen.

Das Problem ist:
Viel kleiner können diese Computerteile nicht mehr werden!

Denn ansonsten betreten sie das Reich der Quantenphysik – also Atome, Elektronen und so’n Gedöns.

Und in diesem Reich sind die Spielregeln ein klein wenig anders.

 

Hier ein Beispiel:

Elektron 1: „Hu! Wo ist meine Dreizack-Käsereibe?“

Elektron 2: „Ich bin soo blau, ich bin grüner als Lila!“

Elektron 1: „Verstehe. 3 ist besser als Fisch…“

Elektron 2: „Banane Error.“

 

Mit anderen Worten:

Die Gesetze der klassischen Physik machen in der Quantenmechanik einfach keinen Sinn mehr!!

Und das Einzige, was hier noch durchblicken kann, ist ein Quantencomputer.

 

Okay, ich denke es wird Zeit für ein Geständnis…

Es wird dich vielleicht etwas schockieren, aber… ich war früher nie sonderlich gut in Physik (nein sag nichts – das stimmt wirklich!).

Also bevor ich hier versuche dir etwas über Quantencomputer oder diese Sache mit den Blitzen zu erklären (Elektrozität?), ersparen wir uns doch lieber die Peinlichkeit.

Schau dir stattdessen einfach dieses sehr schön animierte, verständliche Video zu dem Thema an.

 

Alles verstanden?

Gut!

Ich auch nicht…

 

Das Einzige, das du wissen musst, ist, dass ein normaler Computer Informationen in Bits berechnet, die entweder „0“ oder „1“ betragen.

Quantencomputer hingegen arbeiten mit Quantum Bits, oder kurz Qubits. Und das Geile an diesen Qubits ist, dass sie aufgrund dieses Superpositionsdingens den Wert 0, 1 oder 0 UND 1 zusammen betragen können.

Okaay… und was bringt das jetzt?

Quantenrechner können mit Hilfe von Qubits alle Berechnungen gleichzeitig ausführen, während normale Computer alles schön nach der Reihe berechnen müssen.

Und die Macht der Qubits wächst damit exponentiell ins Unendliche (und noch viel weiter).

Eine 2-Qubit Maschine kann somit 4 Berechnungen gleichzeitig ausführen (2²), eine 3-Qubit Maschine 8 und eine 4er 16.

Würden wir einen Quantenrechner mit nur 300 Qubits bauen, so könnte dieser mehr Berechnungen gleichzeitig anstellen, als es Atome im Universum gibt.

Mit anderen Worten:

NIE WIEDER LADEBILDSCHIRME!!!

 

Alles schön und gut, aber…

Wofür brauchen wir Maschinen mit einer so übertriebenen Leistungsfähigkeit?

Was haben wir davon? Und kann man damit auch Katzenvideos schauen?

Der Visionär Peter Diamandis beschreibt 5 Bereiche, in denen wir wohl ganz besonders durch Quantencomputer profitieren dürften:

  1. Künstliche Intelligenz

In absehbarer Zeit werden die Maschinen wohl schlauer als wir Menschen sein – vermutlich sogar deutlich eher als erwartet. Ein Quantenrechner könnte wohl der Schlüssel hierfür sein. Bleibt abzuwarten, was danach passieren wird.

Hier geht’s zum Blogartikel, falls dich das Thema interessiert:

Technologische Singularität – Wie die künstliche Intelligenz dein Leben auf den Kopf stellen wird

  1. Medizin

Der Mensch kodiert in seiner DNA über 20.000 Proteine. Ein Quantencomputer könnte die Wirkung all dieser Proteine auf gewisse medizinische Stoffe gleichzeitig simulieren.

Dadurch könnten schneller deutlich bessere Medikamente hergestellt werden, die wiederum Krankheiten heilen könnten, die heute noch als unheilbar gelten (z.B. MS, verschiedene Krebsarten oder beim Essen zu schmatzen).

  1. Chemie (und der Klimawandel)

Schon ‘mal den Begriff globale Erwärmung gehört? Es soll ja immer noch den ein oder anderen Spaßvogel geben, der dieses Phänomen gekonnt leugnet.

Mit Quantenrechnern könnte man Simulationen erstellen, die uns nicht nur ein eindeutiges Verständnis darüber liefern, sondern auch Lösungsvorschläge hervorbringen, wie diese Krise am effektivsten zu bekämpfen ist.

Sodass Aussagen wie diese hier für immer der Vergangenheit angehören dürften.

Gott steh‘ uns bei…

  1. Materialentwicklung

Da wir die Interaktion von Atomen simulieren könnten, würden wir natürlich auch deutlich bessere Materialien entwickeln. Damit könnten zum Beispiel leistungsstärkere Akkus für Smartphones, Laptops oder elektrische Autos hergestellt werden.

  1. Energiesysteme

Mit Quantenrechnern wäre es möglich uns etwas von Energie-liefernden Systemen aus der Natur abzuschauen, die ebenfalls im Quantenreich agieren (wie z.B. Photosynthese). Damit könnten wir möglicherweise eigene Energiesysteme schaffen, die jetzt noch außerhalb unserer Vorstellungskraft liegen.

 

Diamandis fasst diese Entwicklungen mit folgendem Satz zusammen:

„Wenn wir erst einmal Quantencomputer entwickelt haben, werden wir dazu in der Lage sein sogar die Bausteine des Universums zu kontrollieren.“

Die Frage ist nur…

Wer baut zuerst einen Quantencomputer? Und wann?

Zurzeit läuft ein Wettrennen und alleine in den USA versuchen bereits 3 Firmen sich die Vormachtstellung auf diesem Bereich zu sichern:

  1. Google
  2. IBM
  3. Rigetti Computing (Ein Startup aus dem Silicon Valley)

Diese Firmen gehen davon aus, in den nächsten 12 bis 18 Monaten einen funktionierenden Quantenrechner fertig zu stellen. Dieser Meilenstein der Technik könnte also bereits 2018 überwunden sein. Krass, oder?!

 

Um das alles etwas ins Verhältnis zu setzen, hast du hier ein Bild des stärksten „klassischen“ Computers der Welt – der Tianhe-2 in China:

Das Teil kostet 400 Millionen Dollar und ist so groß wie ein halbes Fußballfeld.

Es verbraucht rund 20 Megawatt Strom, genug um 20.000 Haushalte gleichzeitig zu versorgen.

Ich wette darauf läuft sogar GTA V einigermaßen flüssig…

 

Einen Supercomputer zu bauen, der noch leistungsfähiger wäre als der Tianhe-2, würde eine nukleare Energiequelle erfordern und die Kosten in den Milliardenbereich treiben. Der reine Wahnsinn!

Zum Glück gibt es einen anderen Weg…

Ein einzelner Quantum Chip mit einem 60-Qubit Prozessor würde ausreichen, um das Tianhe-2 Monstrum zu übertrumpfen. Das ist die Macht der Quantenmechanik!

Der Sprung zu dieser Technik wäre größer als der Sprung vom Rechenbrett zum modernen Supercomputer von heute.

Neben Google, IBM und Co. arbeiten aber auch viele andere Unternehmen weltweit daran, was die Wahrscheinlichkeit diese Technologie schon sehr bald entwickelt zu haben abermals erhöht.

Wir nähern uns hier einer digitalen Revolution. Sie steht quasi schon in der Türschwelle und wird niemanden verschonen.

Mach dich bereit!

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