Wir leben in einem technologischen Zeitalter, doch es kommt noch viel mehr. In den letzten Jahren haben große Unternehmen kleine, aber bedeutende Fortschritte im Quantencomputing gemacht, das offenbar bereit ist, die Welt, wie wir sie kennen, zu verändern. Die unten aufgeführten potenziellen Nutzungen werden Auswirkungen auf alles haben, von der Mobilität bis zum Gesundheitswesen. So wie Einzelpersonen in den 1950er Jahren einige der heutigen Anwendungen für klassische Computer und verwandte Technologien sehen konnten, werden wir möglicherweise von den Anwendungen überrascht sein, die für Quantencomputer entstehen. In diesem Blog erfahren Sie alles über Quantencomputing und seine Funktionsweise sowie die besten Aktien, die Sie kaufen können, darunter Google oder IBM.
Was ist Quantencomputing?
Quantencomputing ist ein multidisziplinäres Gebiet, das Informatik, Physik und Mathematik kombiniert, um komplizierte Probleme schneller als herkömmliche Computer zu lösen. Quantencomputing umfasst sowohl Hardwareforschung als auch Anwendungsentwicklung. Durch die Nutzung quantenmechanischer Effekte wie Superposition und Quanteninterferenz sind Quantencomputer in der Lage, einige Arten von Problemen schneller zu lösen als herkömmliche Computer. Maschinelles Lernen (ML), Optimierung und Simulation physikalischer Systeme sind einige Anwendungen, bei denen Quantencomputer eine solche Geschwindigkeitsverbesserung bewirken können. Portfoliooptimierung im Finanzwesen oder Simulation chemischer Systeme könnten zukünftige Anwendungsfälle sein und Probleme lösen, die derzeit selbst für die leistungsstärksten Supercomputer auf dem Markt unerreichbar sind.
Wie funktioniert Quantencomputing?
Wie antwortet man, wenn man gefragt wird, wie Quantencomputing funktioniert? Lassen Sie uns eine gründliche Untersuchung durchführen. Es gibt einige Ähnlichkeiten zwischen Quantencomputern und herkömmlichen Computern. Beide Arten von Computern umfassen beispielsweise häufig Chips, Schaltkreise und Logikgatter. Ihre Aktivitäten werden von Algorithmen (im Wesentlichen sequentiellen Anweisungen) gesteuert und sie kodieren Informationen mithilfe eines Binärcodes aus Einsen und Nullen.
Physische Elemente werden von beiden Arten von Computern verwendet, um diese Einsen und Nullen zu kodieren. Diese Geräte repräsentieren Bits (Binärziffern) in zwei Zuständen in klassischen Computern – zum Beispiel ist ein Strom ein- oder ausgeschaltet und ein Magnet zeigt nach oben oder unten. Quantencomputer nutzen Quantenbits oder Qubits, die Daten auf völlig unterschiedliche Weise verarbeiten. Während klassische Bits nur Eins oder Null darstellen können, kann sich ein Qubit in einer Überlagerung von Eins und Null befinden, bis sein Zustand gemessen wird.
Darüber hinaus können die Zustände mehrerer Qubits verschränkt sein, das heißt, sie sind quantenmechanisch miteinander verknüpft. Überlagerung und Verschränkung verleihen Quantencomputern Funktionen, die im herkömmlichen Rechnen nicht verfügbar sind. Qubits können durch Manipulation von Atomen, elektrisch geladenen Atomen, sogenannten Ionen, oder Elektronen, oder durch Nanotechnik sogenannter künstlicher Atome, wie etwa supraleitender Qubit-Schaltkreise, mithilfe einer als Lithographie bekannten Drucktechnik erzeugt werden.
Was sind die Prinzipien des Quantencomputings?
Ein Quantencomputer arbeitet auf der Grundlage von Quantenprinzipien. Superposition, Verschränkung und Dekohärenz sind nur einige der Wörter, die man beherrschen muss, um Quantenprinzipien vollständig zu verstehen. Schauen wir uns diese Prinzipien im Folgenden genauer an.
#1. Überlagerung
Überlagerung besagt, dass man, ähnlich wie bei Wellen in der klassischen Physik, zwei oder mehr Quantenzustände kombinieren kann, um einen anderen gültigen Quantenzustand zu erzeugen. Jeder Quantenzustand kann alternativ als Summe von zwei oder mehr verschiedenen einzigartigen Zuständen dargestellt werden. Diese Qubit-Überlagerung verleiht Quantencomputern ihre intrinsische Parallelität, die es ihnen ermöglicht, Millionen von Operationen gleichzeitig durchzuführen.
#2. Verstrickung
Quantenverschränkung entsteht, wenn zwei Systeme so eng miteinander verbunden sind, dass die Kenntnis des einen Systems unmittelbare Kenntnis des anderen ermöglicht, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind. Quantenprozessoren können durch die Messung eines anderen Teilchens Informationen über ein Teilchen ableiten. Sie können beispielsweise entscheiden, dass, wenn ein Qubit hochdreht, das andere immer herunterdreht und umgekehrt. Aufgrund der Quantenverschränkung können Quantencomputer schwierige Probleme schneller lösen.
Wenn Sie einen Quantenzustand messen, kollabiert die Wellenfunktion und Sie erhalten entweder eine Null oder eine Eins. Das Qubit fungiert in diesem bekannten oder vorhersehbaren Zustand als klassisches Bit. Unter Verschränkung versteht man die Fähigkeit von Qubits, ihre Zustände mit denen anderer Qubits zu verknüpfen.
#3. Dekohärenz
Dekohärenz ist der Verlust des Quantenzustands eines Qubits. Umwelteinflüsse wie Strahlung können dazu führen, dass die Quantenzustände der Qubits zusammenbrechen. Die Gestaltung der zahlreichen Elemente, die die Dekohärenz des Zustands verzögern sollen, wie etwa die Entwicklung spezieller Strukturen, die die Qubits vor externen Feldern schützen, stellt eine erhebliche technische Schwierigkeit beim Bau eines Quantencomputers dar.
Aus welchen Komponenten besteht ein Quantencomputer?
Quantencomputer verfügen wie herkömmliche Computer über Hardware und Software.
#1. Quantenhardware
Quantenhardware besteht aus drei Komponenten.
- Quantendatenebene: Die Quantendatenebene ist der Kern des Quantencomputers und enthält die physikalischen Qubits sowie die Strukturen, die notwendig sind, um sie an Ort und Stelle zu halten.
- Kontroll- und Messebene: Digitale Signale werden von der Steuer- und Messebene in analoge oder Wellensteuersignale umgewandelt. Die Operationen an den Qubits in der Quantendatenebene werden durch diese analogen Signale ausgeführt.
- Steuerungsprozessorebene und Hostprozessor: Der Quantenalgorithmus oder die Reihe von Operationen wird von der Steuerungsprozessorebene implementiert. Der Host-Prozessor kommuniziert mit der Quantensoftware und sendet ein digitales Signal oder eine Reihe klassischer Bits an die Steuer- und Messebenen.
#2. Quantensoftware
Quantensoftware nutzt Quantenschaltkreise, um einzigartige Quantenalgorithmen zu implementieren. Eine Quantenschaltung ist eine Rechenroutine, die eine Reihe logischer Quantenoperationen definiert, die an den zugrunde liegenden Qubits ausgeführt werden sollen. Quantenalgorithmen können mit einer Vielzahl von Softwareentwicklungstools und Frameworks codiert werden.
Wie nutzen Unternehmen Quantencomputing?
Quantencomputing hat das Potenzial, Unternehmen zu verändern. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für Anwendungsfälle:
#1. ML
Beim maschinellen Lernen (ML) werden riesige Datenmengen untersucht, um Computer dabei zu unterstützen, bessere Vorhersagen und Urteile zu treffen. Die Quantencomputing-Forschung untersucht die physikalischen Grenzen der Informationsverarbeitung und beschreitet neue Wege in der Grundlagenphysik. Viele Disziplinen der Wissenschaft und Industrie profitieren von dieser Studie, darunter Chemie, Optimierung und molekulare Modellierung. Auch im Finanzdienstleistungssektor wird es immer häufiger eingesetzt, um Marktbewegungen vorherzusagen und in der Fertigung, um Prozesse zu optimieren.
#2. Optimierung
Quantencomputing hat das Potenzial, Forschung und Entwicklung, Lieferkettenoptimierung und Fertigung zu verbessern. Durch die Optimierung von Elementen wie der Pfadplanung in komplizierten Prozessen können Sie beispielsweise Quantencomputing nutzen, um fertigungsprozessbezogene Kosten zu senken und Zykluszeiten zu verkürzen. Eine weitere Anwendung ist die Quantenoptimierung des Kreditportfolios, die es Kreditgebern ermöglicht, Bargeld freizusetzen, die Zinssätze zu senken und ihre Dienstleistungen zu verbessern.
#3. Simulation
Der Rechenaufwand, der zur genauen Nachahmung von Systemen erforderlich ist, wächst exponentiell mit der Komplexität medizinischer Verbindungen und Materialien. Selbst mit Näherungsansätzen sind heutige Supercomputer nicht in der Lage, die für diese Simulationen erforderliche Genauigkeit zu erreichen. Die Quantenberechnung hat das Potenzial, einige der schwierigsten Rechenprobleme in der Chemie zu lösen und es Wissenschaftlern zu ermöglichen, chemische Simulationen durchzuführen, die derzeit unlösbar sind. Pasqal hat beispielsweise seine Rechensoftware QUBEC entwickelt, um Chemiesimulationen durchzuführen. QUBEC automatisiert die schwere Arbeit, die für die Ausführung von Quantencomputeraktivitäten erforderlich ist, wie z. B. die autonome Bereitstellung von Computerressourcen, die Vor- und Nachbearbeitung klassischer Berechnungen und die Fehlerminderung.
Einschränkungen des Quantencomputings
Quantencomputing verspricht enorme Fortschritte bei der Entwicklung und Problemlösung in einem breiten Spektrum von Sektoren. Derzeit gibt es jedoch Einschränkungen.
- Die kleinste Störung in der Qubit-Umgebung kann zu Dekohärenz oder Zerfall führen.
- Dies führt dazu, dass Berechnungen zusammenbrechen oder Fehler auftreten. Wie bereits erwähnt, muss ein Quantencomputer beim Rechnen vor allen externen Störungen geschützt werden.
- Die Behebung von Fehlern während der Rechenphase ist noch nicht perfektioniert. Daher können Berechnungen unzuverlässig sein. Da Qubits keine digitalen Datenbits sind, können sie nicht von den herkömmlichen Fehlerkorrekturverfahren herkömmlicher Computer profitieren.
- Beim Abrufen von Berechnungsergebnissen kann es zu Datenbeschädigungen kommen. Entwicklungen wie ein spezieller Datenbanksuchalgorithmus, der den Messvorgang sicherstellt und dazu führt, dass der Quantenzustand in die richtige Antwort übergeht, sind vielversprechend.
Sicherheit und Quantenkryptographie stecken noch in den Kinderschuhen. - Ein Mangel an Qubits hindert Quantencomputer daran, ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Mehr als 128 müssen noch von Forschern erstellt werden.
Quantencomputing-Aktie, auf die man im Jahr 2023 achten sollte
In diesem Abschnitt gehen wir auf Quantencomputer-Aktien ein, in die man investieren kann, sowie auf die „besten“ Quantencomputer-Aktien, die man kaufen kann. Sie sind wie folgt:
#1. Google Quantum Computing-Aktie
Wir können Google einfach nicht (GOOG) als Alphabet bezeichnen, egal wie sehr wir es auch versuchen. Die jüngste große Neuigkeit aus der Quantencomputing-Aktie von Google war die Behauptung, einen Quantenkristall geschaffen zu haben. Trotz unserer besten Bemühungen konnten wir keinen einzigen Artikel finden, der diese Leistung angemessen beschreibt. Google investiert Milliarden von Dollar, um seinen Quantencomputer bis 2029 fertigzustellen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat das Unternehmen den Google AI Campus in Kalifornien gegründet. Nach der Gründung könnte Google Quantum Computing Stock einen Cloud-basierten Quantencomputing-Dienst starten. Behalten Sie diesen Bereich also im Auge.
#2. Honeywell Quantum Computing-Aktie
Honeywell (HON) hat eng mit einem privaten Unternehmen, Cambridge Quantum Computing, zusammengearbeitet und gerade die Gründung eines neuen Unternehmens bekannt gegeben. Außerdem werden Honeywell Quantum Solutions (HQS) und Cambridge Quantum (CQ) zu einem neuen (ungenannten) Unternehmen fusionieren, in das Honeywell 270 bis 300 Millionen US-Dollar investieren wird. Honeywell wird der größte Anteilseigner des neuen Unternehmens sein, wobei die CQ-Aktionäre mehr als 45 % besitzen.
#3. IBM Quantum Computing-Aktie
IBM Quantum Computing Stock (IBM) erholt sich immer noch von einem schweren Kater durch zu viel Rometty Kool-Aid, aber ihr neuer CEO hat Quantencomputing auf dem Schirm. Darüber hinaus möchte IBM Quantum Computing Stock Unternehmen und die Gesellschaft dabei unterstützen, die Vorteile des Quantencomputings zu nutzen, und hat sich zum Ziel gesetzt, bis 1,000 mehr als 2023 Qubit-Prozessoren zu bauen.
#4. Microsoft Quantum Computing-Aktie
Die Microsoft-Aktie (MSFT) ist ein 2 Billionen US-Dollar schwerer Technologieriese, der sich in einer Vielzahl von Bereichen engagiert, darunter auch im Quantencomputing. Die Azure-Quantum-Plattform von Microsoft bietet Unternehmen Zugang zur Quantentechnologie.
#5. Andere
Finanzdienstleistungsunternehmen wie JPMorgan Chase und Visa interessieren sich für Quantencomputer und verwandte Technologien.
Quantencomputer vs. klassischer Computer
Im Vergleich zu herkömmlichen Computern haben Quantencomputer eine grundlegendere Struktur. Ihnen fehlen Speicher und Prozessor. Ein Quantencomputer ist nichts anderes als eine Ansammlung supraleitender Qubits. Informationen werden von Quantencomputern und herkömmlichen Computern unterschiedlich verarbeitet.
Qubits werden in Quantencomputern verwendet, um mehrdimensionale Quantenalgorithmen auszuführen. Wenn Qubits hinzugefügt werden, wächst ihre Verarbeitungsfähigkeit exponentiell. Ein herkömmlicher Prozessor verwendet Bits, um mehrere Programme auszuführen. Wenn zusätzliche Bits hinzugefügt werden, erhöht sich ihre Leistung linear. Herkömmliche Computer verfügen über deutlich weniger Rechenleistung. Klassische Computer eignen sich ideal für normale Arbeiten, da sie fehlerfrei sind. Quantencomputer eignen sich am besten für übergeordnete Aufgaben.
Klassische Computer erfordern keine besondere Wartung. Um eine Überhitzung zu verhindern, können sie einen einfachen internen Lüfter verwenden. Quantenprozessoren müssen selbst vor kleinsten Vibrationen isoliert und äußerst kühl gehalten werden.
Wie können Sie mit Quantencomputing beginnen?
Wenn Sie mit Quantencomputern experimentieren möchten, können Sie mit einem Quanten-Hardware-Emulator auf Ihrem lokalen System beginnen. Emulatoren sind Softwareteile, die Quantenphänomene auf einem herkömmlichen Computer simulieren. Außerdem sind sie vorhersehbar und ermöglichen die Beobachtung von Quantenzuständen. Sie können zum Testen von Algorithmen verwendet werden, bevor Zeit in Quantenhardware investiert wird. Sie können jedoch kein echtes Quantenverhalten reproduzieren.
Was macht Quantencomputing eigentlich?
Quantencomputing nutzt die Quantentheorie, um mathematische Probleme zu lösen und Quantenmodelle auszuführen. Es wird zur Modellierung von Quantensystemen wie Photosynthese, Supraleitung und komplexen Molekülformationen verwendet.
Gibt es heute Quantencomputer?
Diese superstarken Geräte sind eine heiß diskutierte kommende Technologie, die sich die Funktionen der Quantenphysik zunutze macht. Im November letzten Jahres kündigte IBM Osprey an, einen neuen 433-Qubit-Prozessor, der dreimal leistungsstärker ist als sein erst 2021 gebauter Vorgänger.
Wie realistisch ist Quantencomputing?
Quantencomputing ist zwar real, aber es ist möglicherweise nicht alles, was es verspricht. Es gibt immer noch viele Grenzen, aber mit dem Aufkommen neuer Technologien zur Verbesserung des Quantencomputings wachsen auch seine branchenübergreifenden Anwendungen.
Welche Probleme kann ein Quantencomputer lösen?
Komplexe Probleme, deren Lösung derzeit auf dem leistungsstärksten Supercomputer viele Jahre dauert, könnten möglicherweise in Sekundenschnelle gelöst werden. Zukünftige Quantencomputer könnten bisher unvorstellbare Horizonte in Mathematik und Naturwissenschaften eröffnen und zur Lösung existenzieller Probleme wie Klimawandel und Ernährungssicherheit beitragen.
Wie weit sind wir vom Quantencomputing entfernt?
In begrenzter Form ist Quantencomputing bereits verfügbar. Es ist jedoch möglich, dass es in den nächsten fünf bis zehn Jahren zum Mainstream wird, ähnlich wie sich traditionelle Computer in den 1970er und 1980er Jahren von Laboren und Großunternehmen auf Unternehmen aller Größen sowie Privathaushalte ausbreiteten.
Fazit
Quantencomputing ist nicht dasselbe wie traditionelles Computing. Es verwendet Qubits, die sowohl 1 als auch 0 sein können. Bits in herkömmlichen Computern können nur 1 oder 0 sein. Dadurch ist das Quantencomputing deutlich schneller und leistungsfähiger geworden. Es wird erwartet, dass es zur Bewältigung einer Vielzahl äußerst komplexer und wertvoller Aufgaben eingesetzt werden kann. Obwohl es derzeit noch Einschränkungen gibt, wird es voraussichtlich von vielen leistungsstarken Unternehmen aus den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt.
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Bibliographie
