- Quantencomputer – für Laien (2023)
Update 2023-04-10
Frage an chatGPT
Welche praktischen Probleme wurden bis heute durch Quanten-Computer gelöst
Antwort von chatGPT
Bis heute wurden noch keine praktischen Probleme durch Quantencomputer vollständig gelöst.
Quantencomputer sind eine vielversprechende Technologie, die theoretisch in der Lage sein sollten, bestimmte Probleme, die für klassische Computer unüberwindbar sind, effizient zu lösen. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Faktorisierung großer Zahlen, die als Grundlage für moderne kryptografische Verfahren dient.
Allerdings sind Quantencomputer noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium und ihre Leistungsfähigkeit ist immer noch begrenzt. Die meisten experimentellen Quantencomputer haben nur eine sehr begrenzte Anzahl von Quantenbits (Qubits), die für die Durchführung von Berechnungen verwendet werden können, und sie sind anfällig für Fehler und Störungen.
Es gibt jedoch einige vielversprechende Anwendungen für Quantencomputer in der Forschung, insbesondere in der Simulation von komplexen Quantensystemen und in der Optimierung von komplexen Problemen in Bereichen wie Materialwissenschaften, Chemie und Logistik.
Viel Zeit in meinem Leben habe ich mit dem Thema Computer verbracht. Und ich glaube mit Fug und Recht behaupten zu können, dass ich die klassischen Computer verstanden habe. Und zwar auf allen Ebenen und sowohl die Hardware, wie auch die Software. Aber dann kam das Thema Quantencomputer und plötzlich war ich ein völliger Ignorant.
Anfangs habe ich mein Unwissen einfach toleriert. Mit über 70 muss ich nicht mehr alles verstehen. Aber dann kamen die vielen Corona Beschränkungen und ich bekam unendlich viel Zeit mich im Internet über Quantencomputer zu informieren. Und von diesem Lernen will ich hier berichten.
Ausgangspunkt für viele Erkenntnisse war das Online Buch von Jens Marre auf http://www.quantencomputer-info.de/quantencomputer/quantencomputer-einfach-erklaert/ . Da es mit Wordpress formuliert wurde, werden Sie beim Aufruf eine Sicherheitswarnung bekommen. Ich habe diese ignoriert.
Wird das Thema Quantencomputer generell wichtig werden?
Ich denke NEIN für den persönlichen Alltag. Niemand wird sich jemals so ein Ding auf seinen Schreibtisch stellen können oder gar in der Jackentasche herumtragen. Auch bei noch so vielen technologischen Fortschritten halte ich dies für unwahrscheinlich. Nach heutigem Verständnis laufen sie nahe dem Absoluten Nullpunkt, brauchen also eine aufwändige Infrastruktur. Sie werden deshalb in großen Zentren stehen und man wird ihre Dienstleistungen dort kaufen und benutzen können.
Plausibel erscheinen mir Quantum Computer Services als Teil von Cloud Computing zu sein. Die Cloud (das heißt die Daten im Netz) bietet die Infrastruktur für alle, die sie benutzen wollen und der Einsatz von Quantencomputerdienstleistungen kann das Benutzen von Clouds besonders attraktiv machen.
Status 2021 sind sie ein mächtiges Werkzeug für einige Spezialprobleme, zum Beispiel in der Verschlüsselung (encryption). Vielleicht wird dies nur die einzige nützliche Anwendung sein. Ebenfalls in Frage kommen aber Materialforschung, Optimierungsprobleme (bei denen man viel Geld sparen kann) und Anwendungen im Maschinellen Lernen (Künstliche Intelligenz, KI, AI).
Deshalb sehe ich in Zukunft die Aufgabe für ihre Vermarktung vor allem darin, wichtige Probleme zu finden, die man mit ihnen lösen kann. Ein guter Hinweis für den sinnvollen Einsatz von Quantencomputer ist die Anzahl der möglichen Lösungswege. Wenn sie mit einer Fakultät angegeben werden kann, steigen die Möglichkeiten ins unermessliche und konventionelle Rechner sind dann schnell überfordert.
Haben potentes Werkzeug – Suchen schwierige Probleme.
Der Große Unterschied
Normale Computer heute lösen Probleme sequentiell. Also in vielen kleinen Schritten nacheinander. Der große Unterschied beim Quantencomputer ist seine Fähigkeit vieles gleichzeitig und damit parallel zu behandeln. Er erinnert an die Fähigkeit des Menschen mit einem Blick alles zu sehen und zu verstehen und sofort dann schnell Lösungen zu finden.
Im normalen Computer werden Daten in Bits gespeichert, die entweder den Wert 0 oder den Wert 1 haben. Im Quantencomputer können Qubits (Quanten-Bits) gleichzeitig die Werte 0 und 1 haben. Was der endgültige Wert ist, entscheidet sich dann erst beim Auslesen. Wie man dies am besten und sichersten realisiert und was die Obergrenze ist, ist immer noch eine Frage der Forschung. Der Rekord lag im November 2021 bei 127 Qubits für den Prozessor.
Der andere Unterschied ist die Wahrscheinlichkeit, mit der Ergebnisse präsentiert werden. Bei meinem Taschenrechner ist 2x2 immer klar 4. Beim Quantencomputer wäre 2x2 nur mit großer Wahrscheinlichkeit 4. In meinen Augen ist dies ein geringeres Problem, wenn man das Ergebnis durch die Praxis überprüfen kann.
Beim Problem der Primfaktorenzerlegung genügt eine einfache Multiplikation um ein Ergebnis, das extrem schwierig zu berechnen ist, zu überprüfen. Bei vielen Optimierungsproblemen ist eine gute Näherung dem perfekten Ergebnis gleichwertig. Beim Anblick großartiger Kathedralen wundere ich mich immer wieder, welche Bauwerke man mit der Näherung 22/7 für die Kreiszahl PI bauen konnte.
Mehr zum Lesen
Doch nur ein Hype?
https://www.heise.de/hintergrund/Warum-Quantencomputer-ein-Hype-Problem-haben-6632550.html
Für den Journalismus sind Quantencomputer natürlich ein interessantes Thema. Eine verständliche und aktuelle Einordnung habe ich hier gefunden
Immer noch ist die Fehleranfälligkeit ein Thema. Aber auch hier gibt es Fortschritte
https://www.derstandard.at/story/2000131793883/forscher-ebnen-weg-fuer-fehlerfreie-quantencomputer
Für viele ist die Kryptographie bzw., ihre Entschlüsselung ein mögliches Anwendungsgebiet
https://www.venafi.com/de/blog/how-diffie-hellman-key-exchange-different-rsa
Wenige Kilometer von meinem Wohnort ist seit Februar 2021 ein Quantencomputer
Erste Forschungsprojekte mit dem IBM Quantencomputer in Ehningen gestartet.
Persönliche Einordnung
Meine Neugierde für Quantencomputer wurde etwas gestillt. Ob sich die Erwartungen an sie erfüllen werden, will ich nicht abschätzen. Genau so die Frage, ob und wie wir in Europa, speziell auch in DACH (dem deutschen Sprachraum in Deutschland, Österreich, Schweiz) davon profitieren werden.
Wie bei der Künstlichen Intelligenz (KI) ist etwas Skepsis bei Neuem durchaus angebracht. Klar wollen viele damit Geld verdienen. Aber letztendlich zählt dann doch alleine der praktische Nutzen dieser Entwicklungen. Und weniger Prestige oder Fortschrittsglaube.
Interessant für mich ist, dass sich – anders als bei der KI – bisher kaum Gegner der Quantencomputer profilieren. Vielleicht liegt es daran, dass nicht genügend Menschen das Thema auch nur ansatzweise verstehen. Offenbar sind die vielen Bedenkenträger in unserer Gesellschaft noch nicht aufgewacht. Andererseits wäre dies doch ein Grund für das Entstehen von Mythen, die ich aber auch noch nicht gesehen habe! Alles noch Neuland!
Ich selbst werde 2022 weiterhin versuchen, die kommenden Entwicklungen zu beobachten und zu verstehen. Aber schlaflose Nächte wegen Quantencomputer habe ich keine.
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