Quanten Computing ermöglichen bereits heute schon schnellere, effizientere und Leistungsstärkere Verarbeitung von Daten. Doch was kann ein Quanten Rechner und was bringt uns dieser technologische Fortschritt?
Basics
Seit den 1980ern vervielfältigt sich die Rechenleistung unseren Prozessoren und Rechner exponentiell an. Unser technischer Fortschritt ermöglicht es uns, Dinge im Computer immer kleiner und gleichzeitig leistungsfähiger zu bauen. Die Computerteile erreichen mehr und mehr die physikalische Grenze und erreichen die Grösse eines Atoms, was längerfristig ein Problem darstellt. Ein Computer besteht in der Regel aus mehreren Komponenten die simple Aufgaben erledigen. Computer Prozessoren z.B. enthalten verschiedene Module und Logikschaltungen, die wiederum Transistoren enthalten. Der Weg von elektrischen Signalen/Informationen, werden durch Transistoren blockiert oder durchgelassen. Ein Transistor funktioniert im Prinzip wie ein elektronischer Lichtschalter – ON/OFF. Diese elektrische Signale bestehen aus Bits, welche entweder 0 oder 1 sein können. Elektrische Signale und Bits sind wiederum Elektronen, die sich von A nach B bewegen. Unser «Lichtschalter» ist heutzutage zwischen 7 – 14 Nanometer (nm) gross. Was verglichen mit dem Corona Virus 10 mal kleiner ist. Hier kommt nun die Quantenphysik ins Spiel. Immer kleinere werdende Prozessoren Teile machen die Weiterverarbeitung von elektrische Signalen komplizierter und stellt uns vor ein Problem – Die Quantenphysik.
Quanten was?
Die Effekte der Quantenphysik treten in der Welt wie wir sie kennen, in den kleinsten Teilchen auf, welche auf atomarem Niveau und darunter liegen. Für unser Problem mit den immer kleineren Computerteilchen, entstehen unvorteilhafte Nebenwirkungen, eine davon ist der Quanten Tunneleffekt. Kurzgesagt, Elektronen mit Einsen und Nullen, können unseren Lichtschalter im geblockten Zustand trotzdem passieren und transferieren sich magischer Weise selbständig.
QUBITS und Katzen?
In normalen Computern sind Bits «binary digit» die kleinste Einheit an Informationen, welche aus 0 und 1 besteht. Quantencomputer benutzen Qubits, welche ebenfalls aus 0 und 1 besteht, aber in der Quantenwelt kann das Qubit in beiden Stadien, also 0 und 1 gleichzeitig und zur selben Zeit existieren, dies nennt man auch Superposition. Man google das Gedanken Experiment von Schrödingers Katze des gleichnamigen Physiker. Kurzgesagt, solange man den Status der Kiste nicht prüft, ist die Katze lebendig und gleichzeitig tot.
«Schrödingers Katze» zeigt damit auf, dass unser Verständnis der Quantenmechanische Gesetze nicht einfach auf Alltagssystem übertragen werden dürfen.
Quantencomputer retten die Welt
Ja es gibt Quanten Computer und nein, sie werden vermutlich nicht die Welt retten, aber sie werden uns in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen unterstützen und verbessern. Durch Qubits und Superpositionen, können wir exponentiell effizienter sein, als das je auf einem normalen Rechner überhaupt möglich wäre. Sie werden unsere heimischen Computer nicht ersetzen, aber sie sind schon jetzt in vielen Bereichen erheblich überlegen. So brauchen sie z.B. für eine Datenbank Suche Quantenalgorithmen, die wiederum nur die Quadratwurzel der Zeit eines herkömmlichen Rechners benötigen, um ein Suchergebnis zu liefern. Ein weiterer Anwendungsbereich sind Bio-Simulationen nachzustellen oder IT Security und ihr Verschlüsselungssystem zu knacken, prüfen und aufrecht zu erhalten. Meiner Meinung nach werden wir mit Quanten Computer die Grenzen unsere Information Technologien sprengen und noch vieles davon hören, doch bis so weit ist, dürfen wir uns weiterhin mit Schrödingers Katze beschäftigen.
Quellen & weiterführende Links zum Thema
https://www.ibm.com/quantum-computing/
https://www.nzz.ch/wissenschaft/google-quantencomputer-beweist-erstmals-seine-ueberlegenheit-ld.1510869?reduced=truehttps://www.leifiphysik.de/atomphysik/quantenmech-atommodell/versuche/schroedingers-katze-ein-gedankenexperiment
https://www.phyx.at/worum-geht-es-in-der-quantenphysik/
Quantum Computing, Kurzgesagt, Youtube
https://www.youtube.com/watch?v=JhHMJCUmq28
Schrödingers Katze, 100SekundenPhysik, Youtube
https://www.youtube.com/watch?v=bitYXYlmT2Y
