Quantum Computing: Der echte Game Changer

Bildnachweis: Synchronisierte Überprüfung auf Medium

Quantum Computing wird zu einer der am meisten diskutierten neuen Technologien, obwohl es diese noch nicht vollständig gibt. Die Technologie hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Unsere Mobiltelefone sind leistungsfähiger als der Computer, mit dem die NASA den Menschen auf den Mond gebracht hat, und sie werden von Tag zu Tag besser.

In naher Zukunft würden Quantencomputer unsere Welt drastisch verändern. Warum sollte ich heute überhaupt darüber lernen? Meine Antwort ist einfach: Es wird eine große Veränderung in der Computerwelt sein, wie wir sie kennen. Das Forschungslabor von Microsoft sagt voraus, dass Quantencomputer in den nächsten 10 bis 15 Jahren beginnen werden, unsere klassischen Computer zu ersetzen. Mit klassischen Computern meine ich elektronische Geräte wie unsere Laptops, Telefone usw.

In diesem Artikel würde ich versuchen, 4 wichtige Fragen zu beantworten, die gestellt werden, wenn das Thema Quantencomputer auftaucht. 1. Was ist ein Quantencomputer? 2. Welche Bereiche würden Quantencomputer unsere Arbeit beeinflussen? 3. Gibt es heute Quantencomputer? 4. Welche Tools stehen heute für Quantum Computing zur Verfügung?

Ich würde es vermeiden, in diesem Artikel einige große physikalische Terminologien zu verwenden, und versuchen, dies in einfachen Worten zu erklären.

Was ist ein Quantencomputer?

Beim Quantencomputing werden quantenmechanische Phänomene wie Überlagerung und Verschränkung verwendet. Wikipedia

Diese Definition hat mich auch verwirrt, also lass mich versuchen, meine eigenen Worte zu schreiben.

Um einen Quantencomputer zu definieren, lassen Sie uns zunächst verstehen, was klassische Computer sind. Auf der fundamentalen Ebene verwenden alle Quantencomputer einen Transistor. Ein Transistor kann sich in einem von zwei Zuständen befinden. Im Ein- oder Ausschaltzustand, in Bezug auf den Computer sagen wir 1 oder 0, ist diese Information des Zustands das, was wir ein bisschen nennen (die kleinste Informationseinheit in einem Computer). Damit ein klassischer Computer funktioniert, müssen verschiedene Bits (entweder im Ein- oder Ausschaltzustand vorhanden) und Transistoren miteinander kombiniert werden. Eine Erhöhung der Anzahl von Bits in einem Computer bedeutet eine Erhöhung der Informationen, die der Computer verarbeiten kann. Viele Transistoren werden zu sogenannten Computerchips zusammengesetzt. Diese bilden die Bausteine ​​klassischer Computer, wie wir sie heute kennen.

Quantencomputer verwenden kein Bit, wie wir oben gesehen haben. Die Grundeinheit eines Quantencomputers ist als Qubit bekannt, eine Kurzform für Quantenbit. Folgen Sie mir jetzt genau, während ein Bit nur in einem Ein- oder Ausschaltzustand existieren kann, kann ein Qubit in einem der Zustände existieren, nämlich: Ein, Aus oder beides Ein & Aus. Im Wesentlichen kann ein Qubit mehrere Zustände gleichzeitig darstellen und verarbeiten, wodurch es schneller und effizienter wird.

Die Labyrinth-Analogie geht an Chuck Bates

Betrachten wir ein Labyrinth mit dem Konzept eines Quanten- und eines klassischen Computers.

Wenn Sie das Labyrinth-Puzzle mit einem klassischen Computer lösen, wird der Computer neu gestartet, um Informationen erneut zu verarbeiten, wenn er in eine Sackgasse gerät. Dies liegt daran, dass das Bit zu einem bestimmten Zeitpunkt nur in einem Zustand existieren kann. Das Bild unten zeigt, wie ein klassischer Computer das Labyrinth-Rätsel lösen würde.

Wie ein klassischer Computer ein Labyrinth-Rätsel lösen würde

Ein Quantencomputer hingegen würde das Labyrinth auf allen möglichen Pfaden gleichzeitig lösen, da das Qubit gleichzeitig im Ein- und Ausschaltzustand existieren kann.

Wie ein Quantencomputer ein Labyrinth-Rätsel lösen würde

Das Qubit skaliert recht gut, die Verarbeitungsleistung von 64 Bit auf der klassischen Seite würde nur 4 Qubit auf der Quantenseite erfordern, es skaliert so hoch, dass 300 Qubit etwa 2 x 10⁹⁰ Bit ergeben würden.

Welche Bereiche würden Quantencomputer unsere Arbeit beeinflussen?

Quantencomputer würden viel von dem beeinflussen, was wir heute in der Computerwelt wissen. Ich würde nur einige nennen. Der Umfang dieses Artikels wird nicht wirklich darauf eingehen, wie dies geschehen würde.

Maschinelles Lernen: Quantum Machine Learning (QML) würde komplexere Algorithmen wie Datenklassifizierung, Mustererkennung, Sortierung, Erkennung usw. implementieren. Die Arbeit von Detektivorganisationen wie dem FBI und der CIA wäre viel einfacher, da Quantencomputer enorme Rechenleistung liefern würden Dies ist nur ein Anwendungsfall, um die benötigten Informationen zu erhalten.

Sicherheit und Kryptographie: Ein öffentlicher und ein privater Schlüssel sind mathematisch miteinander verknüpft, sodass ein öffentlicher Schlüssel leicht mit einem privaten Schlüssel erstellt werden kann. Das Gegenteil wird jedoch so schwierig, dass es sich als Sicherheitsmerkmal herausstellt. Dies ermöglicht eine verschlüsselte Kommunikation über das Internet. Es wird vorausgesagt, dass ein Quantencomputer diese Aktion umkehren kann, sodass mit einem öffentlichen Schlüssel ein privater Schlüssel erzeugt werden kann, da er viel schneller nach Kombinationen suchen kann. Bevor Sie sich beeilen, alle Ihre Online-Konten zu schließen, beachten Sie, dass derzeit Untersuchungen durchgeführt werden, um diesen schwerwiegenden vorgeschlagenen Verstoß zu beheben. Dies wird als Post-Quanten-Kryptographie bezeichnet. Dies würde dazu beitragen, unsere Apps in Zukunft zu sichern.

Aktienmärkte / Devisenhandel: Ich gehe davon aus, dass die ersten Leute, die Quantencomputer an der Börse einsetzen, viel Geld verdienen. Dies liegt daran, dass sie Zugang zu genaueren Informationen haben und wenig Raum für Fehler mit der mit Quanten verbundenen Leistung haben Computers.

Block Chain: Einige sagen, dass Quantencomputer ein Ende der Blockchain-Technologie darstellen würden. Ich denke ehrlich, dass es eine Möglichkeit gibt, dass dies passiert, ich kann hier möglicherweise nicht viel darüber sprechen. Shaan Ray versucht, diese Fragen in seinem mittleren Beitrag hier zu beantworten. Vielleicht möchten Sie auch diesen erstaunlichen Beitrag am Hackernoon lesen.

Künstliche Intelligenz: Wenn Sie glauben, dass KI mit einem klassischen Computerhirn leistungsstark ist, stellen Sie sich seine Möglichkeiten mit einem Quantenhirn vor.

Die Liste ist endlos, wir könnten weiter und weiter darüber sprechen, wie sich dies auf Medizin, Wissenschaft und Forschung, den Finanzmarkt, Softwareentwicklung, Cloud Computing usw. auswirken würde.

Gibt es heute Quantencomputer?

Ja, aber sie sind nicht vollständig für den persönlichen Gebrauch optimiert. Einige Unternehmen verwenden sie heute hauptsächlich für Forschungszwecke. Ein Startup wie Rigetti nutzt Quantencomputer, um seine Cloud-Dienste zu betreiben. Große Namen wie Google, IBM und Microsoft werden nicht ausgelassen. Tatsächlich besitzt Google eine 72-Qubit-Quantenmaschine (die größte der Welt zum Zeitpunkt dieses Schreibens. Aber ich muss sagen, dass die meiste Arbeit mit Quanten geleistet wurde Computer befinden sich in der Forschungsphase und diese Unternehmen investieren Geld, um dies in einem industriellen Maßstab zu erreichen. Die Welt wartet darauf, wer mit dieser Technologie den ersten großen Durchbruch erzielt.

Welche Tools stehen heute für Quantum Computing zur Verfügung?

Es gibt verschiedene Werkzeuge, mit denen man heute mit dem Quantencomputing beginnen kann. Regetti hat eine Online-Community von Physikern und Entwicklern, die zusammenarbeiten, um Quantenprogramme und -anwendungen zu entwickeln. Der Slack-Channel ist ein erstaunlicher Ort, und ich habe dort wirklich kluge Köpfe getroffen. Details zur Regetti-Community finden Sie hier.

Eines der interessantesten Tools, das heute verfügbar ist, ist das Microsoft Quantum Software Development Kit. Es ist frei verfügbar und besteht aus drei Komponenten. Die Programmiersprache Q #, der Quantensimulator und Tutorials, Beispiele und Katas. Q # wurde speziell für Quantencomputer entwickelt und wird von Microsoft verwaltet. Es funktioniert gut in Visual Studio. Der Quantensimulator kann auf Ihrem lokalen Computer oder in der Azure-Cloud ausgeführt werden. Entwickler können Quantenalgorithmen testen, ausführen und debuggen. Er kann hier heruntergeladen werden.

Die Tutorials und Beispiele von Microsoft sind hier OpenSource auf GitHub.

Ich hoffe, Sie fanden diesen Artikel aufschlussreich, danke fürs Lesen.