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Quantum Computing
Quantum Computing
Quantum
Computing

Quantenprozessoren bzw. Quantencomputer bedeuten einen enormen Sprung nach vorn in der Rechenleistung, und versprechen, selbst die leistungsfähigsten Supercomputer von heute zu übertreffen.

Das erreichen sie, indem sie einige der außergewöhnlichen Eigenschaften der Quantenphysik nutzen, um ihre Fähigkeit, unglaublich komplexe Algorithmen zu knacken, zu erhöhen. Quantencomputer haben tiefgreifende Auswirkungen auf z.B. die medizinische Forschung, künstliche Intelligenz und moderne Sicherheitspraktiken aus.


Die Technologie der Quantencomputer befindet sich jedoch noch in den Kinderschuhen und sie sind weit davon entfernt, eine weit verbreitet zu sein.

Beschreibung

Eine neue Form des Computing, die für die Verarbeitung einiger Workloads besser gerüstet ist als selbst die leistungsstärksten Supercomputer, die es heute gibt.

Vorteile

Die Fähigkeit, komplexe Algorithmen zu verarbeiten, richtungsweisende Forschungsergebnisse zu liefern und außergewöhnliche AI- und ML (Machine Learning)-Modelle zu trainieren.

Trade-offs

Obwohl es sich um ein bewährtes Konzept handelt, steckt Quantum Computing noch in den Kinderschuhen und muss erst skaliert bzw. umfassend in praktischen Situationen angewendet werden.

Anwendung

Innovator:innen aus verschiedenen Branchen untersuchen den Einsatz von Quantencomputern bei der Verarbeitung außergewöhnlich komplexer algorithmenbasierter Workloads, und erzielen in ihren Bereichen Durchbrüche mit dieser Technologie.

Beschreibung


Quantum Computing basiert auf Quantenbits (auch Qubits genannt), die in einem Quantenzustand 1 oder 0 – oder in einem „Überlagerungs“-Zustand irgendwo dazwischen – existieren können. Im Vergleich dazu können herkömmliche binäre Bits nur als 1 oder 0 vorliegen – dazwischen gibt es nichts.


Quantencomputer nutzen eine von mehreren Methoden, um einen Quantenzustand zu erzeugen und zu erhalten, der die Handhabung von Qubits ermöglicht. Mit Qubits können Unternehmen von einer neuen Art des Computing profitieren. Sie ist besser dazu geeignet, um auf komplexen Algorithmen beruhende Workloads in einem angemessenen Zeitrahmen zu verarbeiten. Beispiele umfassen unter anderem AI-Training, Forschungsalgorithmen und Verschlüsselung.

Vorteile


Anders als herkömmliche Bits lassen sich Qubits exponentiell skalieren. So würde beispielsweise ein komplexes Problem wie die Entschlüsselung RSA-verschlüsselter Kommunikation ein extremes Maß an herkömmlicher Rechenleistung und einen beträchtlichen Zeitaufwand erfordern. Ein Quantencomputer könnte denselben Algorithmus dagegen sehr viel schneller knacken. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) – eine für Standardisierungsprozesse zuständige US-Bundesbehörde – ist sich dessen bewusst und hat die Öffentlichkeit im Dezember 2016 dazu aufgefordert, Post-Quantum-Algorithmen einzureichen, die dem Ansturm eines Quantencomputers standhalten könnten. Von den eingereichten Algorithmen wurden 26 für eine mögliche Standardisierung ausgewählt, und die Kryptographie-Community wurde gebeten, deren Leistung zu analysieren.


Allen Bereichen, die eine große Menge an Rechenleistung erfordern, eröffnen sich somit neue Möglichkeiten. In der Forschung wird mit Quantencomputern experimentiert, mit denen sich aus riesigen Mengen Datensätzen Erkenntnisse gewinnen und Projekte in einem nie vorhergesehenen Umfang durchführen lassen. Quantum Computing verfügt auch über das Potenzial für unglaublich detaillierte und zuverlässige Simulationen, was Unternehmen dabei hilft, sicherer zu experimentieren und Innovationen zu schaffen.

Trade-offs


Herkömmliche binäre Computer stellen nach wie vor die bestmögliche Option dar, um den Großteil der Aufgaben in Ihrem Unternehmen zu bewältigen.


Quantencomputer sind zweifellos unübertroffen in ihrer Leistung, aber sie sind auch teuer, kompliziert zu warten und befinden sich noch in einem sehr frühen Stadium ihrer Entwicklung. Physikalisch gesehen erfordert es eine Betriebstemperatur nahe dem absoluten Nullpunkt, um den Quantenzustand, der für die Handhabung von Qubits notwendig ist, aufrechtzuerhalten. Allein dies stellt schon ein kostspieliges und komplexes Unterfangen dar.


Eine weitere große Herausforderung beim Quantum Computing ist das Fehlen von geeigneten Tools, um die Entwicklung zu unterstützen, da die bestehenden Tools für binäre Computer mit einem Quantencomputer nicht funktionieren. Die herkömmliche Datenverarbeitung besteht schon so lange, dass alle Arten von Programmiersprachen, Tools und Prozessen zur Unterstützung von Entwickler:innen entwickelt wurden. Sobald Quantum Computing in die Phase der Skalierbarkeit eintritt, müssen diese Tools erneut entwickelt werden, um die neue Generation von Quantenprogrammierer:innen zu unterstützen.

Anwendung


Quantum Computing befindet sich derzeit noch im Forschungsstadium, und es gibt lediglich eine Handvoll Technologieunternehmen, die Quantencomputer besitzen und betreiben. Oft dienen diese Computer dazu, die Grenzen dessen, was heute machbar ist, anhand von kleineren Projekten auszuloten.


Sobald sie voll ausgereift sind, könnten führende Innovator:innen damit z.B. neue Batterietechnologien für Elektrofahrzeuge und autonome Fahrzeuge entwickeln, Simulationsworkloads in der Chemie unterstützen, neue Werkstoffe entwickeln oder komplexe Aufgaben in der Medizin- und Arzneimittelforschung ausführen. 


In der Praxis wird für eine Vielzahl von Workloads mit Quantencomputern experimentiert. Weitere gängige Beispiele sind unter anderem:


  • Kommunikation ver- und entschlüsseln
  • Machine-Learning-Modelle trainieren
  • Quantenmechanische Systeme simulieren
  • Systeme optimieren und Risiken berechnen

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