Technologische Neuigkeiten, Bewertungen und Tipps!

Google soll einen Quantenvorteil erzielt haben. Dies ist der Herold einer Revolution, die unsere Zivilisation verändern wird

Wir haben jahrzehntelang von Quantencomputern gehört. Wir haben sogar ihre Prototypen gesehen. Leider ist ihre gigantische Leistung noch rein theoretisch. Wenn Sie den Medienberichten glauben, hat Google die Theorie in die Praxis umgesetzt.

Der Quantencomputer ähnelt in keiner Weise einem klassischen Computer. Auch die Prinzipien seiner Architektur unterscheiden sich grundlegend von allem, was wir als Computer bezeichneten – vom Taschenrechner bis zum akademischen Supercomputer. Sie haben jedoch den gleichen Zweck: komplexe Operationen mit Zahlen durchzuführen.

Das Herz eines solchen Computers ist das physikalische System. Das Programmieren eines solchen Computers besteht darin, seinen anfänglichen Quantenzustand zu notieren und seine Entwicklung entsprechend zu planen. Dieser Quantenzustand ist eine Information über das betreffende System, die es ermöglicht, die Wahrscheinlichkeiten der Ergebnisse aller Messungen, die mit diesem System durchgeführt werden können, vorherzusagen.

Natürlich beziehen sich die Messungen auf die Quantenskala, d. H. Auf solche kleinen Elemente wie Atome und Elementarteilchen. Denn das Quantum selbst ist entgegen der landläufigen Meinung kein Objekt, sondern ein Wert. Genauer gesagt, der kleinste Wert, den eine bestimmte physikalische Größe in einem bestimmten Ereignis haben oder ändern kann.

Dieser evolutionäre Algorithmus, der als Quantenalgorithmus bezeichnet wird, verwendet in seinem Konzept Quantenlogikgatter und Quantenregister. Dieser Algorithmus ist notwendig, um den Herausforderungen der Quantenmechanik zu begegnen.

Um die Ergebnisse von Quantencomputerberechnungen zu verstehen, müssen sie wiederholt durchgeführt werden.

In einem klassischen Computer werden Informationen durch eine Reihe von Einsen und Nullen dargestellt, die wir Bits nennen. Das Problem ist, dass ihre Quantengegenstücke – Qubits, d. H. Die kleinsten und unteilbaren Einheiten von Quanteninformationen – den Gesetzen der Quantenwelt unterliegen und daher nicht einen Zustand (Einsen und Nullen), sondern ihre Überlagerung (d. H. Alle Zwischenzustände) darstellen. Diese Qubits sind die größte Stärke von Quantencomputern. Aber auch eine ihrer beiden größten Schwächen.

Aufgrund der erwähnten Überlagerung repräsentiert ein Qubit unvergleichlich mehr Informationen als ein Bit eines klassischen Computers. Dies bedeutet, dass es für viele parallele Berechnungen in einem Berechnungszyklus verwendet werden kann. Leider bedeutet dies auch, dass die Operation auf Qubits viele Ergebnisse zurückgibt, die sich in fast zufälliger Weise unterscheiden. Nur eine Reihe derselben Berechnungen wird die wahrscheinlichste ermitteln.

Es ist nicht das einzige Problem, Quantenalgorithmen zu entwickeln, die den oben genannten Herausforderungen gerecht werden.

Die Fragilität des physikalischen Systems ist ebenfalls wichtig, da sein Quantenzustand sehr instabil ist. Alles, was Sie brauchen, ist eine Temperaturänderung, Vibration, elektromagnetische Welle oder ein anderer physikalischer Stimulus zur Dekohärenz. Also in der Tat die Zerstörung des gesamten Computers durch Änderung seiner Eigenschaften. Wenn Sie den Quantenzustand ändern, funktioniert der sorgfältig entwickelte Quantenalgorithmus nicht mehr.

Quantencomputer sind daher nicht nur schwer zu programmieren, sondern auch äußerst instabil – und dies ist ein völlig neues Maß an Instabilität als ungepatcht Windows XP auf linken Treibern. Das ist der Grund, warum wir, obwohl wir seit den 1980er Jahren über Quantencomputer sprechen, sie immer noch nicht verwenden.

Der Vorteil von Quantencomputern gegenüber klassischen ist daher sowohl offensichtlich als auch theoretisch. Wir sind noch nicht in der Lage, sie zu bauen, sondern schaffen ausreichend komplexe Strukturen, damit alles Sinn ergibt. Viele Unternehmen arbeiten daran, darunter IBM, Intel und D-Wave. Microsoft hat sogar bereits die Q # -Quantenprogrammiersprache.

Aber Google soll einen Quantenvorteil erzielt haben. Was genau ist sie

Bisherige Prototypen von Quantencomputern … funktionierten. Und das ist im Grunde, was Sie über sie sagen können. Ihre Unbeständigkeit und die daraus resultierende relativ geringe Komplexität führten zu mehr Theorien als zu Praktiken. Wissenschaftler, die sich mit diesem Thema beschäftigten, schufen daher einen umgangssprachlichen Begriff für den Quantenvorteil (John Preskill war der erste, der ihn 2012 verwendete). Ihre Errungenschaft wäre gleichbedeutend mit der Lösung eines mathematischen Problems, das für einen klassischen Computer aufgrund der für Berechnungen erforderlichen Zeit praktisch nicht realisierbar wäre. Und anscheinend hat er es als erstes Google geschafft.

Google Quantum VorteilGoogle Bristlecone-Prozessor im vergangenen Jahr vorgestellt. Links seine physische Form, rechts eine Darstellung seiner Verteilung von Qubits

Wir schreiben angeblich aus zwei Gründen. Erstens sind viele Skeptiker in Bezug auf die Notwendigkeit einer probabilistischen und statistischen Interpretation von Quantencomputerberechnungen pessimistisch. Sie haben große Zweifel, ob die Algorithmen, mit denen die richtigen Berechnungen erstellt werden, mit der Anzahl der Qubits (und damit der Komplexität) des Quantencomputers selbst richtig skalieren. Nach öffentlich verfügbarem Wissen: Das wissen wir nicht. Wenn also Google die Zufälligkeit der Quantenmechanik unterwirft und so einen Quantenvorteil erzielt, hat er es irgendwie bekannt gemacht.

Zweitens ist die Geschichte, in der Google diesen Vorteil erlangt, etwas rätselhaft. Er war der erste, der darüber in der Financial Times schrieb und berichtete, dass Googles 54-Qubit-Computer (tatsächlich 53-Qubit, weil sich herausstellte, dass ein Qubit nicht funktionsfähig war) eine Reihe von mathematischen Berechnungen in 200 Sekunden durchführte, die ein herkömmlicher Supercomputer in zehntausend lösen würde . Jahren. Journalisten dieses Magazins verwendeten jedoch Dateien, die auf NASA-Servern abgelegt waren, mit denen Google zusammenarbeitet. Kurz nach der Veröffentlichung sind diese Dokumente verschwunden und Google beantwortet derzeit keine Medienfragen.

Nehmen wir jedoch an, dass es wahr ist – denn dies ist wahrscheinlich der Fall. Was bringt Google als Quantenvorteil?

Alles und nichts. Berechnungen mit Google Sycamore-Quantenprozessoren sind nutzlos. Die Aufgabe des Computers bestand darin, eine Reihe von Binärziffern zu generieren und zu prüfen, ob ihre Verteilung tatsächlich zufällig ist. So haben wir gelernt, dass Quantenvorteile real sind – und dass Quantencomputer tatsächlich die Welt verändern werden. Aber das wird passieren, wenn wir sie unterwerfen – und es ist noch ein langer Weg. Zumal der Verdacht besteht, dass der Computer von Google nur funktioniert, weil er speziell zur Lösung dieses Problems entwickelt wurde. Und keine andere.

Google Quantum VorteilGoogles Quantencomputer

Auch wenn wir all diese Skepsis akzeptieren, ist es dennoch ein bemerkenswertes Ereignis. Das Lösen eines Problems in 200 Sekunden, an das der schnellste Supercomputer seit hundert Jahrhunderten gedacht hätte, ist eine echte Leistung. Es ist nicht schwer vorstellbar, wie eine solche Rechenleistung die Welt verändern kann.

Unzerbrechliche kryptografische Chiffren werden zu einer dürftigen Sicherheit. Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz würden sich in einem unvorstellbaren Tempo entwickeln. Quantencomputer könnten die Entwicklung von Technik, Technologie und Medizin erheblich vorantreiben, indem sie Simulationen erstellen könnten, die einzelne Moleküle in physische Objekte einbeziehen. Wer weiß, vielleicht würde sogar die Android-TV-Oberfläche reibungslos funktionieren. Und vergessen wir nicht die Quanten-Datenübertragung, die eine störungsfreie Kommunikation über praktisch jede Entfernung ermöglicht.

Die Errungenschaft von Google lässt hoffen, dass dieser IT-Durchbruch zu unseren Lebzeiten stattfinden wird. Wer weiß, vielleicht sogar im nächsten Jahrzehnt? Dies sind jedoch vorerst die ersten paar hundert Meter des Marathons. Es gibt etwas zu feiern, aber der Weg zum Sieg – und damit zum wirklichen Nutzen – ist noch weit.