Quantephysik Computing: Bedeitung, Virdeeler & Méi

Quantephysik Rechenzäit ass d'Applikatioun vu quantummechanesche Prinzipien bei der Ausféierung vun Berechnungen. D'Basis Phänomener déi hei beschäftegt sinn verankert an Schichtung.

Wärend Quantecomputer e relativ neit Buzzword ass, existéiert d'Quantemechanik fir vill méi laang. Et war verantwortlech fir grouss Entwécklungen an der Elektronikindustrie an bitt zousätzlech Äntwerten op vill vun de Mystère vun der Mënschheet.

D'Quantemechanik konzentréiert sech op wéi Atomer an subatomar Partikel funktionnéieren, während d'Wuert Quante op dee klengste Partikel bezitt mat deem ee ka schaffen. Dat ass déi elementarste Bausteng vun all physeschen Objet.

Vum Max Planck bis Albert Einstein, Neils Bohr, an Erwin Schrödinger, vill grouss Wëssenschaftler ware bei der Entwécklung vun der Quantemechanik a senger eventueller Kulminatioun an d'Quanterechenrennen involvéiert - eng vun de gréissten Technologierennen vun eiser Zäit.

Dëse Post hëlt Iech an déi magesch Welt vu Quantephenomener, weist Iech wéi Dir e Computer dovunner mécht, an entdeckt seng verwandte Felder.

Spooky Aktioun op enger Distanz

Quantephenomener verteidegen konventionell Verständnis a schaffen op komplett anere Begrëffer aus der klassescher Physik. Also, an den 1930er Joren, huet den Einstein d'Wierder "grueleg Handlung op enger Distanz" benotzt fir d'Phänomener vu Quanteverbesserung ze beschreiwen a wéi et net an déi konventionell Wëssenschaft passt.

Quantephysik Entanglement ass näischt Neies. Wann Dir zwee Partikelen op der selwechter Plaz an direkt erstellt, da gi se verwéckelt. Dat heescht, wat och ëmmer mat engem geschitt, deen aneren beaflosst.

Et ass wéi verléift ze falen an en Uruff ze kréien wann Dir un Äre Liebhaber denkt. Oder ruffen an héieren "Ech war just amgaang dech ze ruffen". Identesch Zwillinge sinn och bekannt fir gläichzäiteg krank ze ginn.

De grujelegsten Deel vu Quanteverbindung ass datt Dir ee vun de verwéckelte Partikel wäit ewech kënnt huelen. A wéi eng Bedéngungen, déi Dir et ënnerleet, wäert den zweete Partikel direkt beaflossen, och vun enger hallwer Galaxis ewech.

Quantecomputer benotzen dës Eegeschafte fir enorm Quantitéiten un Informatioun iwwer verschidde Partikelen gläichzäiteg ze späicheren. Dës Partikele ginn Qubits oder Quantebits genannt, awer als éischt e Bléck op dat zweet quantummechanesch Phänomen.

Erwin Schrödinger & His Cat

En anere fréie Quantefuerscher war den éisträichesche Physiker Erwin Schrödinger, deen, wéi den Albert Einstein, och Deeler vu Quantephenomener lächerlech fonnt huet. Also ass hien mat dem elo bekannte Gedankeexperiment mam Numm "Schrödinger seng Kaz" komm fir de Paradox vun der Quantesuperpositioun ze visualiséieren.

Dëst obwuel Experiment seet datt wann Dir eng Kaz an eppes setzt wat d'Kaz an eng Këscht ëmbrénge kann an se versiegelt huet. Dir wësst net ob d'Kaz dout oder lieweg war bis Dir d'Këscht opgemaach hutt. Also, logesch, war d'Kaz souwuel dout a lieweg bis Dir d'Këscht opmaacht.

Superposition ass dat zweet Phänomen dat Quanteberechenung méiglech mécht. Wou klassesch Computere mat Informatiounsbits funktionnéieren déi entweder 1 oder 0 zu all Moment kënne representéieren, schaffen Quantecomputer mat Qubits (Quantebits) déi souwuel 0 wéi 1 zur selwechter Zäit kënne vertrieden, grad wéi d'Kaz déi souwuel dout war an lieweg.

Hei ass e méi genau kucken op Qubits.

De Bit vs de Qubit

De Qubit ass wat Quantecomputer méiglech mécht. Och bezeechent als Quantebit oder qbit, e Qubit ass déi klengst Eenheet vun Energie déi Dir manipuléiere kënnt fir Informatioun ze späicheren an zréckzekommen.

E normale Computerbit kann nëmmen 0 oder 1 zu all Moment sinn. Wärend e Quantebit ka béid zur selwechter Zäit sinn. Zwee reegelméisseg Bits kënnen also 00, 01, 10 an 11 zu all Zäit halen. Awer zwee Quantebits kënnen all véier Staaten zur selwechter Zäit halen. Dëst bedeit 4x méi séier Rechenzyklen.

Mat 3 reguläre Bits kënnt Dir entweder 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 an 111 zu all Zäit kréien. Awer 3 Qubits wäerten all aacht Staaten zur selwechter Zäit halen, wat Iech 8x méi séier Rechenzyklen gëtt. Wéi Dir gesitt, ass dës Relatioun exponentiell, dann verduebelt all zousätzlech Bit d'Quantitéit un Informatioun verfügbar.

Also, mat 5 Qubits, kuckt Dir op 32 gläichzäiteg Staaten, mat 10 Qubits ass et iwwer 1,000 Staaten, a bei 20 Qubits, iwwer eng Millioun. Elo betruecht wéivill Staaten déi 1,000-Qubit Quantecomputer datt IBM a Google entwéckelen kënnen gläichzäiteg halen.

Dir kënnt Qubits maachen aus Photonen, Elektronen, Atomkäre, quantescher Punkt, Superleeder, an aner Implementatiounen. D'Zil ass eng stabil Sammlung vu Quantebits vun Energie ze kreéieren déi Dir bequem setzen a moosse kënnt.

Virdeeler vun Quantephysik Computing

De grousse Virdeel vu Quantecomputer ass direkt Resultater vu komplexe Probleemer. Dëst ass haaptsächlech a Situatiounen wou Dir déi richteg Äntwert aus ville Méiglechkeeten muss wielen. An dëst mécht se super fir Zuelfactoring, grouss Skala Simulatiounen, a Mustererkennung a kënschtlecher Intelligenz.

D'Standard Approche fir klassesch Computeren ass all Méiglechkeet z'ënnersichen bis Dir fannt wat Dir sicht. Dacks genannt eng Nadel an enger Heestapel Sich, d'Zäit déi dës Operatioun dauert hänkt dovun of wéi vill Heu oder Opzeechnungen Dir musst duerchsichen. An op wéi séier Är Maschinn ass.

Supercomputer maachen esou Probleemer méi einfach andeems d'Geschwindegkeet fir all Méiglechkeet ze kontrolléieren. Quantecomputer, op der anerer Säit, kënnen all d'Méiglechkeeten gläichzäiteg generéieren, wa genuch Qubits verfügbar sinn. Dofir kënne se Problemer an e puer Stonnen berechnen, déi normal Computeren Honnerte bis Dausende vu Joer daueren fir ze berechnen.

Quantecomputer Problemer & Aschränkungen

Wärend Dir einfach Bits an engem klassesche Computer moosse kënnt, zerstéiert d'Miessung vun engem Qubit säin Zoustand an dee vu senge verwéckelte Qubits.

Och klassesch Bits ginn aus enger breeder Palette vun Halbleitermaterialien gemaach, déi just entweder eng Ladung (1) oder net (0) musse halen. Qubits sinn awer vill méi komplex a schwéier ze implementéieren. An zousätzlech fir e Qubit raimlech ze isoléieren, musst Dir et vun Ëmweltinterferenz schützen, wéi Temperatur an elektrostatesch Schwankungen. Well esou kleng Ëmweltännerungen och dës Staaten korruptéieren.

Dëse Verloscht vun der Entanglement oder System Gläichgewiicht gëtt Quantephysik Dekohärenz genannt an ass de grousse Problem deen déi meescht Fuerscher probéieren ze léisen. Et ass sou schwéier datt dem Google seng zukünfteg 1,000-Qubit Maschinn bis zu 1,000 Qubits fir Feelerkorrektur vun all Qubit brauch. Sou mécht et eng 1 Millioun Qubits Maschinn.

Et heescht och datt Dir de Moment net e Quantecomputer handhaben kann wéi Dir e Laptop oder Smartphone hätt. De Computer brauch Laborbedéngungen fir e séchere Stabilitéitsniveau fir seng Qubits z'erhalen.

En aneren Nodeel ass de limitéierten Ëmfang vun der sougenannter Quante-Iwwerhand, well net all Informatikproblem grouss Volumen vun Zuelen oder Méiglechkeeten involvéiert. Also, de computational Boost an de meeschten aneren Operatiounen ass ze onbedeitend fir eng Quante-Computing Approche ze justifiéieren. A wann net Quantecomputer méi bëlleg sinn wéi klassesch Computeren, ersetzen se se och net geschwënn.

Trotz all dësen Nodeeler halen Quantecomputer an hir Qubits vill Potenzial an der Computerindustrie wéinst de groussen Zuelen déi se mat Liichtegkeet handhaben.

Ginn et Gefore mat Quantecomputer?

Jo. All gudden Hacker weess datt all Technologie e Schleifen huet. Dir musst et just fannen. Also, egal wéi déi tatsächlech Implementatioune vu Quantecomputer an der Zukunft, et wäert nach ëmmer Problemer mat der Technologie sinn. An d'Akteuren bereet hinnen ze kapitaliséieren.

Dëst Szenario bezitt sech op Gebrauch wéi Banken, Finanzen, Regierung an ähnlech ëffentlech Aktivitéiten. En zweeten Szenario ass wann e béisaarteg Schauspiller déi erstaunlech Kraaft vun engem gudde Quantecomputer benotzt fir e Feat ze zéien. A wéi ëmmer ginn d'Leit eréischt no der Dot bewosst vun esou enger Méiglechkeet.

Quantecomputer mécht gutt mat Zuelen. Also, asymmetresch Verschlësselungsalgorithmen déi Faktoriséierung benotzen, sou wéi den ëffentleche Schlëssel RSA sinn net sécher. Hashing a symmetresch Kryptografie, wéi den AES-256 a 512, souwéi SHA-256 an 512, op der anerer Säit, si relativ sécher.

Aner Uwendunge vu Quantemechanik

Sou spannend wéi d'Welt vum Quantecomputer ass, ass et ëmmer nach just en Deel vun der Quantemechanik. Also, an anere Wierder, d'Quantepartei fänkt just un.

D'Quantemechanik war instrumental an der Hallefleitung an der moderner Elektronik Entwécklung. Aarbecht ass och amgaang fir Quantennetzwierk a Kryptografie, sou wéi Schwäizer-baséiert Quantum-Kryptographie Pionéier ID Quantique. Plus, Quantephenomener hunn zousätzlech Verspriechen a ville Fuerschungsfelder gewisen, dorënner Fotosynthese, Gerochrezeptoren, a souguer eisem Verständnis vun der Zäit.

Real-World Quantecomputer

Et gi vill Quantecomputer an ähnlech Uwendungen dobaussen. Si kommen aus grousse Multinationalen wéi Google an IBM, souwéi Regierungen, an nach méi kleng Spiller wéi Rigetti.

Quantecomputer ass de Moment ee vun de wäermsten Fuerschungsberäicher um Planéit. Also et gi wahrscheinlech méi geheim Programmer dobaussen wéi Dir Iech virstellen kënnt. Drënner sinn e puer grouss Projeten:

• Google gehéiert 54-Qubit an 72-Qubit Maschinnen
• IBM besëtzt iwwer 30 Maschinnen iwwer de Globus verstreet, dorënner de 65-Qubit Manhattan
• China ass Heem fir vill Quantecomputer, dorënner eng 76-Qubit Maschinn a souguer Quantesatellitkommunikatioun.
• Dem Google seng 54-qubit Sycamore-ugedriwwen Maschinn huet nëmmen 200 Sekonnen verbruecht fir ze berechnen wat Supercomputeren 10,000 Joer brauchen fir ze berechnen.
• IBM entwéckelt eng 1,000-Qubit Maschinn bis 2023
• Rigetti Computing gehéiert véier, dorënner eng 31-qubit Maschinn
• Google baut en neie Quantenzenter fir en 1,000-Qubit Computer bis 2029 ze kreéieren. Factoring Fehlerkorrektur, déi total Qubits vum Computer kéint 1 Millioun erreechen.

Conclusioun

Quantecomputer sinn hei fir ze bleiwen. Wéi si vill Méiglechkeeten erstellen an real-Welt Problemer léisen, déi klassesch Computere fir Joerzéngte gekämpft hunn.

Et bleift awer nach vill Aarbecht ze maachen an Erausfuerderunge fir ze iwwerwannen ier mer dohinner kommen. A bis dohinner kéint China d'Welt just iwwerraschen.