april 2018

Q steht für Quantum

Verabschieden Sie sich von 1en und 0en, lassen Sie das Mooresche Gesetz zurück und reiten Sie auf der Investitionswelle: Willkommen bei der größten der nächsten großen Erfindungen.

Doch erstmal der Reihe nach.

Die Quantenmechanik ist eine grundlegende Theorie der Physik. Einfach gesagt, beschreibt diese die Welt auf der kleinsten Ebene der Energieniveaus von Atomen und subatomaren Teilchen. Ein Quantencomputer ist ein Computer, der quantenmechanische Phänomene wie Superposition (die Fähigkeit subatomarer Teilchen, in mehr als einem Zustand auf einmal zu existieren) und Verschränkung (die Korrelation zwei verschiedener Systeme) direkt nutzt, um Datenoperationen auszuführen. Mit der Superposition der Zustände 1 und 0 können Qubits mehr Informationen kodieren als ein traditionelles Bit. Mit verschränkten Qubits könnte man eine exponentiell große Anzahl von Zuständen kodieren. Daher können, "n" Qubits einen Input von 2^n auf einmal darstellen, was die Ausführung von Operationen deutlich beschleunigt. Im Kontext betrachtet bedeutet das, dass ein Quantencomputer komplexe Probleme lösen kann, für die heutige Computer Millionen von Jahren benötigen würden - und das in Stunden oder Minuten.

Schluss mit 1en und 0en?

So ist es. Im traditionellen Computing ist ein Bit eine grundlegende Informationseinheit mit nur zwei Zuständen - Null und Eins - und mit einem deterministischen Wert. Im Quantencomputing ist ein Qubit eine Informationseinheit mit einer unendlichen Anzahl an Zuständen. Null, Eins oder ein Zustand zwischen Null uns Eins mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit. Also ist der Wert nicht mehr deterministisch, sondern probabilistisch.

Ok, ich bin verwirrt.

Kein Problem. Testen Sie das Quantum Game, um den Unterschied zwischen traditionellen Computern und Quantencomputern besser zu verstehen. Zusätzlich empfehlen wir unbedingt die Erklärung für Quantencomputing von Hackernoon.

Warum jetzt?

Private Unternehmen und Forscher arbeiten daran, Quantencomputer verfügbar zu machen, weil sie glauben, dass diese Geräte klassische Supercomputer deutlich an Leistung übertreffen werden. In dieser Hinsicht sind wir zurück in den 70ern, mit riesigen Maschinen in Laboratorien und Arbeitstemperaturen von fast 0 Kelvin für manche Architekturen.

Wir befinden uns aktuell im Zeitalter der "Quantenvorherrschaft". Das bezieht sich auf die Herausforderung an einen Quantencomputer, ein Problem zu lösen, an dem ein klassischer Computer scheitern würde. Einige Entwickler glauben, dass das passieren könnte, sobald Quantencomputer 100 Qubit erreichen. Google ist diesem Ziel aktuell am nächsten, mit seinem neuen 72 Qubit-Quantenprozessor namens Bristlecone.

Der Wettbewerb läuft!

Ruhig bleiben. Quantencomputer sind noch nicht für die allgemeine Verwendung geeignet und die meisten der aktuellen Computer sind so genannte Quantum Annealer. Diese werden hauptsächlich für Probleme mit diskretem Suchraum und vielen lokalen Minima genutzt. Diese Computer können Probleme bereits viel schneller lösen als aktuelle CPUs. Das ist der Fall bei DWave.

In welchen Bereichen kann man Quantencomputer einsetzen?

Die Antwort ist, dass es nach oben keine Grenzen gibt. Denken Sie daran, wie die Sicherheit aktueller Kryptografie von dem rechnerischen Anspruch gewisser mathematischer Probleme abhängt. Quantencomputer werden diese Probleme deutlich leichter lösen können. Die NSA, National Security Agency, aktualisiert schon die Standards für die "Post-Quanten"-Welt. Und da maschinelles Lernen und Datenanalyse beide sowohl auf Sampling- als auch auf Optimierungsverfahren basieren, wird die Verbesserung dieser Techniken letztendlich zu besseren Fähigkeiten für maschinelles Lernen führen.

Wo noch?

Immer mehr Anwendungen werden möglich. Zum Beispiel für die Produktionsbranche, mit ihren Ansprüchen an die Lieferkettenoptimierung, und Finanzdienstleistungen, mit ihrem Portfolio an Risiko-Optimierung und Betrugserkennung. Zusätzlich erzielt die Quantenverabeitungsleistung von nur 50 Qubit bereits Ergebnisse in Bereichen wie Proteinfaltung, Arzneimittelentdeckung und Materialforschung. Natürlich zieht das viele Investoren an.

Wer investiert?

Die Investitionen in Quantencomputing steigen von Monat zu Monat. Die stärksten Akteure sind IBM, Microsoft mit seinem Liquid-Programm und der Q# language sowie Google mit Playground. IBM hat dieses Jahr die Verfügbarkeit der QCloud angekündigt die, die Gemeinschaft von Partnern und Entwicklern als einen Service zur Entwicklung von Apps mit einem Quantencomputern nutzen kann.

Bereiten Sie sich auf die Zukunft vor!

In ein oder zwei Jahren wird die Vorherrschaft der Quanten zur Realität geworden sein. In etwa fünf Jahren könnten einige RSA-Schlüssel von Quantencomputern geknackt werden, während maschinelle und Deep Learning-Algorithmen in Standard-Supercomputern zu lange benötigen könnten, um noch nutzbringend zu sein. Es wird wahrscheinlich 10 bis 15 Jahre dauern, bis es eine funktionierende Quantencomputerarchitektur geben wird. Und vielleicht werden wir in der fernen Zukunft dank eines Quantencomputers in der Lage sein, Quantenmechanik and Relativität zusammenzubringen, um die Weltformel, mit anderen Worten die Funktionsweise des Universums, zu beweisen. Also auf Wiedersehen, Mr. Hawking.


Quelle Titelbild: Unsplash

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