Die Forscher verstehen zwar nicht alles über die Quantenwelt, wissen aber, dass Quantenteilchen ein immenses Potenzial haben, insbesondere große Informationsmengen zu speichern und zu verarbeiten.
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Was ist Quantencomputing und wie funktioniert es?
Quantencomputing macht sich das rätselhafte Verhalten zunutze, das Wissenschaftler seit Jahrzehnten in den kleinsten Teilchen der Natur – denken Sie an Atome, Photonen oder Elektronen – beobachten. Auf dieser Skala verlieren die klassischen Gesetze der Physik ihre Gültigkeit und wir wechseln stattdessen zu Quantenregeln.
Die Forscher verstehen zwar nicht alles über die Quantenwelt, wissen aber, dass Quantenteilchen ein immenses Potenzial haben, insbesondere große Informationsmengen zu speichern und zu verarbeiten. Diese Teilchen in einem Quantencomputer erfolgreich unter Kontrolle zu bringen, könnte eine Explosion der Rechenleistung auslösen, die Innovationen in vielen Bereichen, die komplexe Berechnungen erfordern, wie Wirkstoffforschung, Klimamodellierung, Finanzoptimierung oder Logistik, phänomenal vorantreiben würde.
Wie Bob Sutor, leitender Quantenexponent bei IBM, es ausdrückt: “Quantum Computing ist unsere Art, die Natur nachzuahmen, um außergewöhnlich schwierige Probleme zu lösen und sie handhabbar zu machen”, sagt er ZDNet.
Was ist ein Quantencomputer?
Quantencomputer gibt es in verschiedenen Formen und Formen, aber sie basieren alle auf dem gleichen Prinzip: Sie beherbergen einen Quantenprozessor, in dem Quantenteilchen isoliert werden können, damit Ingenieure sie manipulieren können.
Die Natur dieser Quantenteilchen sowie die zu ihrer Steuerung eingesetzte Methode variiert von einem Quantencomputing-Ansatz zum anderen. Manche Methoden erfordern, dass der Prozessor bis auf den Gefrierpunkt heruntergekühlt wird, andere spielen mit Quantenteilchen mithilfe von Lasern – teilen aber das Ziel, herauszufinden, wie man den Wert der Quantenphysik am besten ausschöpfen kann.
Was ist der Unterschied zwischen einem Quantencomputer und einem klassischen Computer?
Die Systeme, die wir seit den 1940er Jahren in unterschiedlichen Formen einsetzen – Laptops, Smartphones, Cloud-Server, Supercomputer – werden als klassische Computer bezeichnet. Diese basieren auf Bits, einer Informationseinheit, die jede Berechnung antreibt, die im Gerät stattfindet.
In einem klassischen Computer kann jedes Bit entweder den Wert Eins oder Null annehmen, um die Informationen darzustellen und zu übertragen, die zum Ausführen von Berechnungen verwendet werden. Mithilfe von Bits können Entwickler Programme schreiben, bei denen es sich um Befehlssätze handelt, die vom Computer gelesen und ausgeführt werden.
Klassische Computer waren in den letzten Jahrzehnten unverzichtbare Werkzeuge, aber die Unflexibilität der Bits schränkt ein. Als Analogie müsste ein klassischer Computer bei der Suche nach der Nadel im Heuhaufen so programmiert werden, dass er jedes einzelne Stück Heustroh durchsucht, bis es die Nadel erreicht.
Es gibt daher noch viele große Probleme, die klassische Geräte nicht lösen können. “Es gibt Berechnungen, die auf einem klassischen System durchgeführt werden könnten, aber sie könnten Millionen von Jahren dauern oder mehr Computerspeicher beanspruchen, als es insgesamt auf der Erde gibt”, sagt Sutor. “Diese Probleme sind heute unlösbar.”
Wie verbessern Quantencomputer klassische Geräte?
Das Herzstück eines jeden Quantencomputers sind Qubits, auch Quantenbits genannt, die grob mit den Bits verglichen werden können, die Informationen in klassischen Computern verarbeiten.
Qubits haben jedoch ganz andere Eigenschaften als Bits, denn sie bestehen aus den in der Natur vorkommenden Quantenteilchen – denselben Teilchen, die Wissenschaftler seit vielen Jahren beschäftigen.
Eine der Eigenschaften von Quantenteilchen, die für das Quantencomputing am nützlichsten ist, ist die sogenannte Superposition, die es Quantenteilchen ermöglicht, gleichzeitig in mehreren Zuständen zu existieren. Die Überlagerung kann man sich am besten mit dem Werfen einer Münze vergleichen: Statt Kopf oder Zahl sind Quantenteilchen die Münze, während sie sich noch dreht.
Durch die Steuerung von Quantenteilchen können Forscher diese mit Daten beladen, um Qubits zu erzeugen – und dank Superposition muss ein einzelnes Qubit weder eine Eins noch eine Null sein, sondern kann beides gleichzeitig sein. Mit anderen Worten, während ein klassisches Bit nur Kopf oder Zahl sein kann, kann ein Qubit gleichzeitig Kopf und Zahl sein.
Das bedeutet, dass ein Quantencomputer, wenn er zur Lösung eines Problems aufgefordert wird, Qubits verwenden kann, um mehrere Berechnungen gleichzeitig durchzuführen, um eine Antwort zu finden, und dabei viele verschiedene Wege parallel erkunden.
Im Gegensatz zu einer klassischen Maschine könnte ein Quantencomputer also im Nadel-im-Heuhaufen-Szenario im Prinzip alle Heuhalme gleichzeitig durchsuchen und die Nadel in Sekundenschnelle finden, anstatt jahrelang – sogar Jahrhunderte – zu suchen – bevor es fand, wonach es suchte.
Mehr noch: Qubits können dank einer weiteren Quanteneigenschaft namens Verschränkung physikalisch miteinander verbunden werden, was bedeutet, dass mit jedem Qubit, das einem System hinzugefügt wird, die Fähigkeiten des Geräts exponentiell steigen – wobei das Hinzufügen weiterer Bits nur eine lineare Verbesserung erzeugt.
Jedes Mal, wenn wir ein anderes Qubit in einem Quantencomputer verwenden, verdoppeln wir die zur Lösung von Problemen verfügbare Informationsmenge und Verarbeitungsfähigkeit. Wenn wir also 275 Qubits erreichen, können wir mit mehr Informationen rechnen, als es Atome im beobachtbaren Universum gibt. Und die dadurch entstehende Komprimierung der Rechenzeit könnte in vielen Anwendungsfällen große Auswirkungen haben.
Quantencomputer basieren alle auf dem gleichen Prinzip: Sie beherbergen einen Quantenprozessor, in dem Quantenteilchen isoliert werden können, damit Ingenieure sie manipulieren können.
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Warum ist Quantencomputing so wichtig?
“Es gibt eine Reihe von Fällen, in denen Zeit Geld ist. Die Möglichkeit, Dinge schneller zu erledigen, hat erhebliche Auswirkungen auf das Geschäft”, sagt Scott Buchholz, Managing Director bei Deloitte Consulting, ZDNet.
Der Zeitgewinn, den Forscher durch Quantencomputing erwarten, liegt nicht in der Größenordnung von Stunden oder gar Tagen. Wir sprechen vielmehr davon, in wenigen Minuten möglicherweise in der Lage zu sein, die Antwort auf Probleme zu berechnen, die die leistungsstärksten Supercomputer von heute in Tausenden von Jahren nicht lösen konnten, von der Modellierung von Hurrikanen bis hin zum Knacken der Kryptografieschlüssel, die die sensibelsten Regierungsgeheimnisse.
Und auch Unternehmen haben viel zu gewinnen. Laut jüngsten Untersuchungen der Boston Consulting Group (BCG) könnten die Fortschritte, die das Quantencomputing ermöglichen wird, in den nächsten 15 bis 30 Jahren einen Wert von bis zu 850 Milliarden $ schaffen, von denen 5 bis 10 Milliarden in den nächsten fünf Jahren generiert werden, wenn Schlüsselanbieter liefern die Technologie, wie sie es versprochen haben.
Wofür wird ein Quantencomputer verwendet?
Programmierer schreiben Probleme in Form von Algorithmen, die von klassischen Computern gelöst werden sollen – und ebenso werden Quantencomputer Berechnungen auf der Grundlage von Quantenalgorithmen durchführen. Forscher haben bereits festgestellt, dass einige Quantenalgorithmen für die erweiterten Fähigkeiten von Quantencomputern besonders geeignet wären.
Quantensysteme könnten beispielsweise Optimierungsalgorithmen angehen, die dabei helfen, die beste Lösung unter vielen möglichen Optionen zu finden, und sie könnten in einer Vielzahl von Szenarien angewendet werden, die von der Lieferkettenverwaltung bis zum Verkehrsmanagement reichen. ExxonMobil und IBM arbeiten beispielsweise zusammen, um Quantenalgorithmen zu finden, die eines Tages die 50.000 Handelsschiffe, die täglich die Ozeane überqueren, verwalten könnten, um Waren zu liefern, um die von Flotten zurückgelegten Entfernungen und Zeit zu reduzieren.
Von Quantensimulationsalgorithmen wird auch erwartet, dass sie beispiellose Ergebnisse liefern, da Qubits es Forschern ermöglichen, komplexe Wechselwirkungen zwischen Molekülen in größeren Systemen zu simulieren und vorherzusagen, was zu schnelleren Durchbrüchen in Bereichen wie Materialwissenschaften und Wirkstoffforschung führen könnte.
Da Quantencomputer in der Lage sind, viel größere Datensätze zu verarbeiten und zu verarbeiten, werden KI- und maschinelle Lernanwendungen von schnelleren Trainingszeiten und leistungsfähigeren Algorithmen enorm profitieren. Und Forscher haben auch gezeigt, dass Quantenalgorithmen das Potenzial haben, traditionelle Kryptografieschlüssel zu knacken, die für klassische Computer derzeit mathematisch zu schwer zu knacken sind.
Welche verschiedenen Arten von Quantencomputern gibt es?
Um Qubits, die Bausteine von Quantencomputern, zu erzeugen, müssen Wissenschaftler die kleinsten Teilchen der Natur finden und manipulieren – winzige Teile des Universums, die dank verschiedener Medien gefunden werden können. Aus diesem Grund werden derzeit viele Arten von Quantenprozessoren von einer Reihe von Unternehmen entwickelt.
Einer der fortschrittlichsten Ansätze besteht darin, supraleitende Qubits zu verwenden, die aus Elektronen bestehen und in Form der bekannten Kronleuchter-ähnlichen Quantencomputer vorliegen. Sowohl IBM als auch Google haben supraleitende Prozessoren entwickelt.
Ein weiterer Ansatz, der an Dynamik gewinnt, sind gefangene Ionen, bei denen Honeywell und IonQ den Weg weisen und bei denen Qubits in Arrays von Ionen untergebracht sind, die in elektrischen Feldern gefangen und dann mit Lasern gesteuert werden.
Große Unternehmen wie Xanadu und PsiQuantum investieren ihrerseits in eine weitere Methode, die auf Quantenlichtteilchen, den sogenannten Photonen, beruht, um Daten zu kodieren und Qubits zu erzeugen. Qubits lassen sich auch aus Silizium-Spin-Qubits – auf die Intel fokussiert – aber auch kalten Atomen oder gar Diamanten erzeugen.
Quantum Annealing, ein von D-Wave gewählter Ansatz, ist eine ganz andere Kategorie des Computings. Es basiert nicht auf dem gleichen Paradigma wie andere Quantenprozessoren, das als Gate-Modell bekannt ist. Quanten-Annealing-Prozessoren sind viel einfacher zu steuern und zu bedienen, weshalb D-Wave bereits Geräte entwickelt hat, die Tausende von Qubits manipulieren können, während praktisch jedes andere Quanten-Hardware-Unternehmen mit etwa 100 Qubits oder weniger arbeitet. Andererseits ist der Annealing-Ansatz nur für einen bestimmten Satz von Optimierungsproblemen geeignet, was seine Möglichkeiten einschränkt.
Was kann man heute mit einem Quantencomputer machen?
Im Moment, mit nur 100 Qubits, dem Stand der Technik, lässt sich mit Quantencomputern nur sehr wenig anstellen. Damit Qubits sinnvolle Berechnungen durchführen können, müssen sie zu Tausenden oder sogar Millionen gezählt werden.
Sowohl IBM als auch Google haben supraleitende Prozessoren entwickelt.
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Was kann man heute mit einem Quantencomputer machen?
Im Moment, mit nur 100 Qubits, dem Stand der Technik, lässt sich mit Quantencomputern nur sehr wenig anstellen. Damit Qubits sinnvolle Berechnungen durchführen können, müssen sie zu Tausenden oder sogar Millionen gezählt werden.
“Obwohl es eine enorme Menge an Versprechen und Aufregung darüber gibt, was Quantencomputer eines Tages leisten können, halte ich das, was sie heute leisten können, für relativ enttäuschend”, sagt Buchholz.
Die Erhöhung der Qubit-Anzahl in Gate-Modell-Prozessoren ist jedoch eine unglaubliche Herausforderung. Dies liegt daran, dass es schwierig ist, die Teilchen, aus denen Qubits bestehen, in ihrem Quantenzustand zu halten – ein bisschen wie der Versuch, eine Münze am Drehen zu halten, ohne auf die eine oder andere Seite zu fallen, nur viel schwieriger.
Um die Drehung von Qubits aufrechtzuerhalten, müssen sie von Umweltstörungen isoliert werden, die dazu führen könnten, dass sie ihren Quantenzustand verlieren. Google und IBM tun dies beispielsweise, indem sie ihre supraleitenden Prozessoren bei Temperaturen unterbringen, die kälter sind als der Weltraum, was wiederum hoch entwickelte kryogene Technologien erfordert, die derzeit kaum skalierbar sind.
Darüber hinaus bedeutet die Instabilität von Qubits, dass sie unzuverlässig sind und dennoch wahrscheinlich Berechnungsfehler verursachen. Daraus ist ein Zweig des Quantencomputings entstanden, der sich der Entwicklung von Fehlerkorrekturmethoden widmet.
Obwohl die Forschung schnell voranschreitet, stecken Quantencomputer vorerst in der sogenannten NISQ-Ära fest: lautes Quantencomputing auf mittlerer Ebene – aber das Endziel ist es, einen Fehler- toleranter, universeller Quantencomputer.
Wie Buchholz erklärt, ist schwer abzuschätzen, wann dies der Fall sein wird. „Ich würde vermuten, dass wir noch ein paar Jahre von Anwendungsfällen in der Produktion entfernt sind, aber die eigentliche Herausforderung besteht darin, dass dies ein bisschen so ist, als würde man versuchen, Forschungsdurchbrüche vorherzusagen“, sagt er. “Es ist schwer, eine Zeitachse für Genie zu setzen.”
Was ist Quantenüberlegenheit?
Im Jahr 2019 behauptete Google, dass sein supraleitender 54-Qubit-Prozessor namens Sycamore die Quantenüberlegenheit erreicht habe – den Punkt, an dem ein Quantencomputer eine Rechenaufgabe lösen kann, die auf einem klassischen Gerät in realistischer Zeit nicht ausgeführt werden kann.
Google hat Sycamore in nur 200 Sekunden die Antwort auf ein Problem berechnet, für das die größten Supercomputer der Welt 10.000 Jahre gebraucht hätten.
In jüngerer Zeit behaupteten Forscher der University of Science and Technology of China einen ähnlichen Durchbruch. Sie sagten, ihr Quantenprozessor habe 200 Sekunden gebraucht, um eine Aufgabe zu lösen, die mit klassischen Geräten 600 Millionen Jahre gedauert hätte. .
Das heißt noch lange nicht, dass einer dieser Quantencomputer heute in der Lage ist, jeden klassischen Computer bei jeder Aufgabe zu übertreffen. In beiden Fällen wurden die Geräte so programmiert, dass sie sehr spezifische Probleme ausführen, mit wenig Nutzen, abgesehen davon, dass sie die Aufgabe deutlich schneller berechnen konnten als klassische Systeme.
Ohne eine höhere Qubit-Anzahl und bessere Fehlerkorrektur ist der Nachweis der Quantenüberlegenheit für nützliche Probleme noch in weiter Ferne.
Was nützen Quantencomputer jetzt?
Organisationen, die in Quantenressourcen investieren, sehen dies als Vorbereitungsphase: Ihre Wissenschaftler bereiten sich auf den Tag vor, an dem ein universeller und fehlertoleranter Quantencomputer bereit ist.
In der Praxis bedeutet dies, dass sie versuchen, die Quantenalgorithmen zu entdecken, die am ehesten einen Vorteil gegenüber klassischen Algorithmen zeigen, sobald sie auf großen Quantensystemen ausgeführt werden können. Um dies zu tun, versuchen Forscher typischerweise zu beweisen, dass Quantenalgorithmen in sehr kleinen Anwendungsfällen vergleichbar mit klassischen Algorithmen funktionieren, und theoretisieren, dass der Quantenansatz unweigerlich eine signifikante Geschwindigkeit zeigen wird, wenn sich die Quantenhardware verbessert und die Größe des Problems wächst -UPS.
Wissenschaftler des japanischen Stahlherstellers Nippon Steel haben beispielsweise kürzlich einen Quantenoptimierungsalgorithmus entwickelt, der bei einem kleinen Problem, das auf einem 10-Qubit-Quantencomputer ausgeführt wurde, mit seinem klassischen Gegenstück konkurrieren konnte. Im Prinzip bedeutet dies, dass derselbe Algorithmus, ausgestattet mit Tausenden oder Millionen fehlerkorrigierter Qubits, am Ende die gesamte Lieferkette des Unternehmens mit der Verwaltung von Dutzenden von Rohstoffen, Prozessen und engen Terminen optimieren und enorme Kosteneinsparungen erzielen könnte.
Die Arbeit, die Quantenwissenschaftler für Unternehmen leisten, ist daher sehr experimentell, und bisher gibt es weniger als 100 Quantenalgorithmen, die nachweislich mit ihren klassischen Äquivalenten konkurrieren – was nur darauf hindeutet, wie aufstrebend das Feld noch ist.
Wer wird das Rennen um Quantencomputer gewinnen?
Bei den meisten Anwendungsfällen, die einen vollständig fehlerkorrigierten Quantencomputer erfordern, ist die Frage, wer zuerst einen liefert, in der Quantenindustrie in aller Munde, und es ist unmöglich, die genaue Antwort zu kennen.
Alle Quanten-Hardware-Unternehmen betonen, dass ihr Ansatz der erste sein wird, der die Quantenrevolution knacken wird, was es noch schwieriger macht, Rauschen von der Realität zu unterscheiden. „Die Herausforderung besteht im Moment darin, dass man sich eine Gruppe Kleinkinder auf einem Spielplatz ansieht und versucht herauszufinden, wer von ihnen den Nobelpreis bekommt“, sagt Buchholz.
“Ich habe gesehen, wie die klügsten Leute auf diesem Gebiet sagten, dass sie nicht wirklich sicher sind, welche davon die richtige Antwort ist. Es gibt mehr als ein halbes Dutzend verschiedener konkurrierender Technologien und es ist immer noch nicht klar, welche davon am Ende der Beste sein wird oder ob es einen Besten geben wird”, fährt er fort.
Im Allgemeinen sind sich Experten einig, dass die Technologie ihr volles Potenzial erst nach 2030 erreichen wird. Die nächsten fünf Jahre könnten jedoch einige frühe Anwendungsfälle bringen, da sich die Fehlerkorrektur verbessert und die Qubit-Zahlen Zahlen erreichen, die es ermöglichen, kleine Probleme zu programmieren .
IBM ist eines der wenigen Unternehmen, das sich einer bestimmten Quanten-Roadmap verschrieben hat, die das ultimative Ziel der Realisierung eines Millionen-Qubit-Quantencomputers definiert. Kurzfristig geht Big Blue davon aus, dass es im Jahr 2023 ein 1.121-Qubit-System veröffentlichen wird, was den Beginn der ersten Experimente mit realen Anwendungsfällen markieren könnte.
Im Allgemeinen sind sich Experten einig, dass Quantencomputer ihr volles Potenzial erst nach 2030 erreichen werden.
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Was ist mit Quantensoftware?
Die Entwicklung von Quantenhardware ist ein großer Teil der Herausforderung und wohl der größte Engpass im Ökosystem. Aber auch ein universeller fehlertoleranter Quantencomputer würde ohne die passende Quantensoftware wenig nützen.
„Natürlich nützt keine dieser Online-Einrichtungen viel, ohne zu wissen, wie man Quanten ‚spricht‘“, sagt Andrew Fearnside, Senior Associate, spezialisiert auf Quantentechnologien bei der Firma Mewburn Ellis für geistiges Eigentum, gegenüber ZDNet.
Quantenalgorithmen zu erstellen ist nicht so einfach wie einen klassischen Algorithmus zu nehmen und an die Quantenwelt anzupassen. Quantum Computing erfordert vielmehr ein brandneues Programmierparadigma, das nur auf einem brandneuen Software-Stack ausgeführt werden kann.
Natürlich entwickeln einige Hardwareanbieter auch Softwaretools, von denen das am weitesten verbreitete Quantensoftware-Entwicklungskit Qiskit von IBM ist. Darüber hinaus erweitert sich das Quanten-Ökosystem um Unternehmen, die sich ausschließlich der Entwicklung von Quantensoftware widmen. Bekannte Namen sind Zapata, QC Ware oder 1QBit, die alle darauf spezialisiert sind, Unternehmen die Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, um die Sprache der Quanten zu verstehen.
Und zunehmend bilden sich vielversprechende Partnerschaften, um verschiedene Teile des Ökosystems zusammenzubringen. Die jüngste Allianz zwischen Honeywell, das Quantencomputer mit eingeschlossenen Ionen baut, und dem Quantensoftwareunternehmen Cambridge Quantum Computing (CQC) hat Analysten beispielsweise dazu gebracht, vorherzusagen, dass ein neuer Spieler die Führung im Quantenrennen übernehmen könnte.
Was ist Cloud-Quantencomputing?
Die Komplexität des Baus eines Quantencomputers – denken Sie an Ultrahochvakuumkammern, kryogene Kontrollsysteme und andere exotische Quanteninstrumente – bedeutet, dass die überwiegende Mehrheit der Quantensysteme derzeit fest in Laborumgebungen sitzt und nicht in die Rechenzentren der Kunden geschickt wird .
Um Benutzern den Zugriff auf die Geräte zu ermöglichen, um ihre Experimente auszuführen, haben Quantenunternehmen daher kommerzielle Quantencomputing-Cloud-Dienste eingeführt, die die Technologie einem breiteren Kundenkreis zugänglich machen.
Die vier größten Anbieter von Public-Cloud-Computing-Diensten bieten derzeit auf ihrer Plattform Zugang zu Quantencomputern an. IBM und Google haben beide ihre eigenen Quantenprozessoren in die Cloud gestellt, während der Azure Quantum-Dienst von Microsoft und der Braket-Dienst von AWS Kunden den Zugriff auf Computer von Drittanbietern von Quantenhardware ermöglichen.
Wie sieht die Quantencomputing-Branche heute aus?
Die Jury bleibt offen, welche Technologie, wenn überhaupt, das Rennen macht, aber eines ist sicher: Die Quantencomputing-Branche entwickelt sich schnell und Investoren finanzieren das Ökosystem großzügig. Die Investitionen in Quantencomputing haben sich 2020 fast verdreifacht und sollen laut BCG 2021 noch weiter auf 800 Millionen US-Dollar steigen.
Die staatlichen Investitionen sind sogar noch bedeutender: Die USA haben in den nächsten fünf Jahren 1,2 Milliarden US-Dollar für die Quanteninformationswissenschaft bereitgestellt, während die EU ein Quanten-Flaggschiff von 1 Milliarde Euro (1,20 Milliarden US-Dollar) angekündigt hat. Das Vereinigte Königreich hat kürzlich auch den Budget-Meilenstein von 1 Milliarde Pfund (1,37 Milliarden US-Dollar) für Quantentechnologien erreicht, und obwohl offizielle Zahlen in China nicht bekannt sind, hat die Regierung keinen Hehl aus ihrem Wunsch gemacht, im Quantenrennen aggressiv zu konkurrieren.
Dies hat dazu geführt, dass das Quanten-Ökosystem in den letzten Jahren gedeiht, wobei die Zahl der Neugründungen von einer Handvoll im Jahr 2013 auf fast 200 im Jahr 2020 zugenommen hat. Die Attraktivität von Quantencomputing steigt auch bei potenziellen Kunden: Laut dem Analyseunternehmen Gartner planten 2018 zwar nur 1 % der Unternehmen Quanten-Budgets, aber 2023 werden voraussichtlich 20 % dies tun.
Wer macht sich jetzt Quanten-Ready?
Obwohl sich nicht alle Unternehmen darauf vorbereiten müssen, mit quantenfähigen Konkurrenten Schritt zu halten, gibt es einige Branchen, in denen von Quantenalgorithmen erwartet wird, dass sie einen großen Wert generieren, und in denen sich führende Unternehmen bereits darauf vorbereiten.
Goldman Sachs und JP Morgan sind zwei Beispiele für Finanzgiganten, die in Quantencomputer investieren. Das liegt daran, dass Quantenoptimierungsalgorithmen im Bankwesen die Portfoliooptimierung vorantreiben könnten, indem sie besser auswählen, welche Aktien gekauft und verkauft werden sollten, um eine maximale Rendite zu erzielen.
In der Pharmaindustrie, wo der Wirkstoffentdeckungsprozess im Durchschnitt ein Zehn-Jahres-Deal in Höhe von 2 Milliarden US-Dollar umfasst, der größtenteils auf Versuch und Irrtum beruht, wird erwartet, dass auch Quantensimulationsalgorithmen Wellen schlagen. Dies ist auch in der Materialwissenschaft der Fall: Unternehmen wie OTI Lumionics untersuchen beispielsweise den Einsatz von Quantencomputern, um effizientere OLED-Displays zu entwickeln.
Auch führende Automobilunternehmen wie Volkswagen und BMW beobachten die Technologie, die sich auf verschiedene Weise auf die Branche auswirken könnte, von der Gestaltung effizienterer Batterien über die Optimierung der Lieferkette bis hin zu einem besseren Verkehrs- und Mobilitätsmanagement. Volkswagen zum Beispiel leistete Pionierarbeit bei der Verwendung eines Quantenalgorithmus, der Busrouten in Echtzeit optimierte, indem er Verkehrsengpässen auswich.
Mit zunehmender Reife der Technologie ist es jedoch unwahrscheinlich, dass Quantencomputer auf einige wenige beschränkt bleiben. Analysten gehen vielmehr davon aus, dass praktisch alle Branchen das Potenzial haben, von der Rechengeschwindigkeit zu profitieren, die Qubits freisetzen werden.
Es gibt einige Branchen, in denen von Quantenalgorithmen erwartet wird, dass sie einen großen Wert generieren, und in denen sich führende Unternehmen bereits darauf vorbereiten.
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Werden Quantencomputer unsere Laptops ersetzen?
Von Quantencomputern wird erwartet, dass sie eine bestimmte Klasse von Problemen phänomenal lösen, aber das bedeutet nicht, dass sie für jede einzelne Anwendung ein besseres Werkzeug als klassische Computer sein werden. Insbesondere Quantensysteme eignen sich nicht gut für grundlegende Berechnungen wie Arithmetik oder zum Ausführen von Befehlen.
“Quantencomputer sind großartige Constraint-Optimierer, aber das ist nicht das, was Sie zum Ausführen von Microsoft Excel oder Office benötigen”, sagt Buchholz. “Dafür ist die klassische Technologie da: für viel Mathematik, Berechnungen und sequentielle Operationen.”
Mit anderen Worten, es wird immer einen Platz für die Art und Weise geben, wie wir heute rechnen. Es ist zum Beispiel unwahrscheinlich, dass Sie in absehbarer Zeit eine Netflix-Serie auf einem Quantencomputer streamen werden. Vielmehr werden die beiden Technologien in Kombination eingesetzt, wobei Quantencomputer nur dort gefragt sind, wo sie eine bestimmte Berechnung dramatisch beschleunigen können.
Wie werden wir Quantencomputer nutzen?
Buchholz prognostiziert, dass der Zugriff wie eine Konfigurationsoption aussehen wird, wenn klassisches und Quantencomputing nebeneinander arbeiten. Data Scientists haben derzeit die Wahl, CPUs oder GPUs zu verwenden, wenn sie ihre Workloads ausführen, und es könnte sein, dass Quantenverarbeitungseinheiten (QPUs) irgendwann in die Liste aufgenommen werden. Es liegt an den Forschern, basierend auf der Art ihrer Berechnung zu entscheiden, welche Konfiguration sie wählen.
Obwohl die genaue Art und Weise, wie Benutzer in Zukunft auf Quantencomputer zugreifen werden, noch nicht festgelegt werden muss, ist eines sicher: Es ist unwahrscheinlich, dass sie die grundlegenden Gesetze des Quantencomputings verstehen müssen, um die Technologie nutzen zu können .
“Die Leute sind verwirrt, weil wir zum Quantencomputing führen, indem wir über technische Details sprechen”, sagt Buchholz. “Aber Sie müssen nicht verstehen, wie Ihr Handy funktioniert, um es zu benutzen.”
“Die Leute vergessen manchmal, dass Sie, wenn Sie sich irgendwo bei einem Server anmelden, keine Ahnung haben, an welchem physischen Ort sich der Server befindet oder ob er überhaupt noch existiert. Die wichtige Frage ist wirklich, was er tut aussehen, um darauf zuzugreifen.”
Und so faszinierend Qubits, Superposition, Verschränkung und andere Quantenphänomene auch sein mögen, für die meisten von uns wird dies eine willkommene Nachricht sein.
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