Quantum Computing: Der echte Game Changer

Bildnachweise: Synchronisierte Überprüfung auf Medium

Quantum Computing wird zu einer der meist diskutierten neuen Technologien, auch wenn sie noch nicht vollständig existieren.
Die Technologie hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt. Unsere Mobiltelefone sind leistungsstärker als der Computer, mit dem die NASA den Menschen auf den Mond gebracht hat, und er wird 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 Welt des Computing sein, wie wir es kennen. Das Forschungslabor von Microsoft prognostiziert, dass Quantencomputer unsere klassischen Computer in den nächsten 10 bis 15 Jahren ersetzen werden. Mit klassischen Computern meine ich elektronische Geräte wie unsere Laptops, Telefone usw.

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

Ich würde es vermeiden, einige große physikalische Begriffe in diesem Artikel 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 darauf zu schreiben.

Lassen Sie uns zunächst verstehen, was klassische Computer sind, um einen Quantencomputer zu definieren. Grundsätzlich verwenden alle Quantencomputer einen Transistor. Ein Transistor kann sich in einem von zwei Zuständen befinden. Im Status "Ein" oder "Aus", in Bezug auf Computer sagen wir 1 oder 0, ist diese Statusinformation das, was wir ein bisschen nennen (die kleinste Informationseinheit in einem Computer). Damit ein klassischer Computer funktioniert, müssen wir verschiedene Bits (entweder im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand) und Transistoren miteinander kombinieren. Eine Zunahme der Anzahl von Bits in einem Computer bedeutet eine Zunahme der Informationen, die der Computer verarbeiten kann. Viele Transistoren werden zu so genannten Computerchips zusammengesetzt. Diese bilden die Bausteine ​​klassischer Computer, wie wir sie heute kennen.

Wie wir oben gesehen haben, verwenden Quantencomputer kein Bit. Die grundlegende Einheit eines Quantencomputers ist Qubit, eine Kurzform für Quantenbit. Folgen Sie mir jetzt genau, während ein Bit nur in einem Ein- oder Aus-Zustand existieren kann, kann ein Qubit in einem der folgenden Zustände existieren: Ein, Aus oder beides, Ein und Aus. Im Wesentlichen kann ein Qubit mehr als einen Zustand gleichzeitig darstellen und verarbeiten, was es schneller und effizienter macht.

Die Labyrinth-Analogie schreibt Chuck Bates zu

Betrachten wir die Durchquerung eines Labyrinths mit dem Konzept eines Quantencomputers und eines klassischen Computers.

Beim Lösen des Labyrinth-Puzzles mit einem klassischen Computer wird der Computer neu gestartet, um die Informationen erneut zu verarbeiten, wenn sie eine Sackgasse erreichen. 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-Puzzle lösen würde.

Wie ein klassischer Computer ein Labyrinth-Rätsel lösen würde

Ein Quantencomputer hingegen würde das Labyrinth auf allen möglichen Wegen gleichzeitig lösen, weil 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 ungefähr 2 x 10 & sup6; Bit ergeben würden.

Welche Bereiche würden Quantencomputer beeinflussen, was wir tun?

Quantencomputer würden vieles beeinflussen, was wir heute in der Computerwelt kennen, ich möchte nur einige nennen. Der Umfang dieses Artikels geht nicht wirklich darauf ein, 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 FBI, CIA wäre viel einfacher, da Quantencomputer enorme Rechenleistung liefern würden Dies ist nur ein Anwendungsfall, um die benötigten Informationen zu erhalten.

Sicherheit und Kryptografie: Ein öffentlicher und ein privater Schlüssel sind mathematisch verknüpft, sodass ein öffentlicher Schlüssel problemlos mit einem privaten Schlüssel erstellt werden kann. Die Umkehrung wird jedoch so schwierig, dass sich herausstellt, dass es sich um ein Sicherheitsmerkmal handelt. 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 erstellt werden kann, da er viel schneller nach Kombinationen suchen kann.
Bevor Sie sich beeilen, alle Ihre Online-Konten zu schließen, sollten Sie beachten, dass derzeit Nachforschungen angestellt werden, um diese wichtige vorgeschlagene Sicherheitsverletzung zu beheben. Diese wird als Post-Quanten-Kryptographie bezeichnet. Dies würde dazu beitragen, unsere Apps in Zukunft abzusichern.

Aktienmärkte / Devisenhandel: Ich rechne damit, dass die ersten Leute, die Quantencomputer an der Börse einsetzen, viel Geld verdienen werden. Dies liegt daran, dass sie Zugang zu genaueren Informationen haben und nur wenig Spielraum für Fehler mit der Leistung haben, die mit Quanten einhergeht Computers.

Block Chain: Einige sagen, dass Quantencomputer ein Ende der Blockchain-Technologie bedeuten würden. Ich glaube ehrlich, es besteht die Möglichkeit, dass dies passiert. Ich kann hier möglicherweise nicht viel darüber reden. Shaan Ray versucht, diese Fragen in seinem mittleren Beitrag hier zu beantworten. Vielleicht möchten Sie sich diesen erstaunlichen Beitrag auch am Nachmittag ansehen.

Künstliche Intelligenz: Wenn Sie glauben, dass KI mit einem klassischen Computergehirn mächtig ist, stellen Sie sich die Möglichkeiten mit einem Quantengehirn vor.

Die Liste ist endlos, wir könnten weitermachen und erläutern, wie sich dies auf Medizin, Wissenschaft und Forschung, den Finanzmarkt, die Softwareentwicklung, das Cloud-Computing usw. auswirken würde.

Gibt es heutzutage 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 Quantum Computing, um seine Cloud-Dienste zu betreiben.
Große Namen wie Google, IBM und Microsoft bleiben nicht unberücksichtigt. Tatsächlich besitzt Google eine 72-Qubit-Quantenmaschine (die zum Zeitpunkt dieser Veröffentlichung die größte der Welt).
Aber ich muss sagen, dass sich die meisten Arbeiten mit Quantencomputern in der Forschungsphase befinden und diese Unternehmen ihre finanziellen Mittel aufbringen, um diese Arbeiten in industriellem Maßstab umzusetzen. Die Welt wartet darauf, zu sehen, wer den ersten großen Durchbruch mit dieser Technologie erzielt.

Welche Tools stehen heute für Quantum Computing zur Verfügung?

Es gibt verschiedene Tools, mit denen man heute mit dem Quanten-Computing 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 gute Köpfe getroffen. Details zur Regetti-Community finden Sie hier.

Eines der interessantesten Tools, das derzeit zur Verfügung steht, ist das Microsoft Quantum Software Development Kit. Es ist frei verfügbar und besteht aus drei Komponenten. Die Programmiersprache Q #, Quantensimulator und Tutorials, Beispiele und Katas.
Q # wurde speziell für Quantencomputer entwickelt und wird von Microsoft verwaltet. Es funktioniert gut mit Visual Studio.
Der Quantum-Simulator kann auf Ihrem lokalen Computer oder in der Azure-Cloud ausgeführt werden. Er ermöglicht Entwicklern das Testen, Ausführen und Debuggen von Quantenalgorithmen. Er kann hier heruntergeladen werden.

Die Tutorials und Beispiele von Microsoft finden Sie hier auf GitHub.

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