Quantencomputing – Die schnellere Zukunft des Rechnens

Computer sind in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Teil unseres Lebens geworden; in jedem bereich, ob bildung oder weltraumwissenschaftliche vorführung, überall werden computer eingesetzt, und es ist heutzutage unmöglich, ohne sie zu arbeiten. Seit der Erfindung von Computern ist ihre Größe also geschrumpft und ihre Kapazität gewachsen. Vielleicht ist Ihnen zum Beispiel aufgefallen, dass der Chip in Ihrem Smartphone, der 2010 1 GB groß war, jetzt 1 Terabyte groß ist. Als Ergebnis können Sie sehen, wie schnell sich die Technologie weiterentwickelt.
Trotz der Tatsache, dass Computer im Laufe der Zeit immer leistungsfähiger geworden sind, haben die Computer, die Sie heute verwenden, immer noch einige Einschränkungen, z. B. hinsichtlich der Leistung und des Stromverbrauchs. Dies öffnet Türen für neue Wege der Einführung von Computern.

Was ist Quantencomputing

Quantencomputing ist eine Art von Computing, die Quantenphänomene wie Superposition und Verschränkung nutzt, um Berechnungen durchzuführen. Aufgrund seiner Fähigkeit, Daten aus beliebigen Quellen problemlos abzufragen, zu überwachen, zu analysieren und darauf zu reagieren, ist dieser fantastische Technologietrend auch daran beteiligt, die Ausbreitung des Coronavirus zu verhindern und brauchbare Impfstoffe zu entwickeln. Banken und Finanzen sind eine weitere Branche, in der Quantencomputer zur Kontrolle von Kreditrisiken, Hochfrequenzhandel und Betrugserkennung eingesetzt werden.

Quantencomputer – ein anderer Ansatz für Nullen und Einsen

In Ihrem derzeitigen Laptop oder Computer wird „Bit“ zur Berechnung verwendet, wobei die Daten in Form von Null- und Eins-Binärzahlen oder Binärzahlen in Maschinensprache gespeichert werden (Maschinensprache ist in Binärcode geschrieben, der nur zwei Ziffern 0 und 1, weil der Computer nur das binäre Signal versteht, dh 0 und 1 und die Schaltung des Computers, dh die Schaltung im Binärcode, weil der Computer nur das binäre Signal versteht, dh 0 und 1 und die Schaltung im Binärcode, weil der es erkennt und umwandelt es zu elektrischen Impulsen, wobei 0 Aus und 1 Ein anzeigt.
Jede Software wird für den Computer erstellt, dann in Maschinensprache konvertiert, und wenn Ihr Prozessor eine Software einfärbt, verwendet er diese Maschinensprache, um alle Prozesse auszuführen.

Quantencomputer: Die Basistheorie des Quantencomputings basiert auf einem Atom, die Idee beinhaltet die Verwendung eines Atoms als Mikrorechner, um 0 (Nullen) und 1 (Einsen) zu bestimmen.

Physikalisch dreht sich jedes Atom auf natürliche Weise, und dieser Spin kann entweder ein Aufwärts- oder ein Abwärtsspin sein, dh auf und ab. Wenn wir uns die Digitaltechnik ansehen, bleibt alles in Form von 0 und 1 erhalten, dh der Aufwärtsspin des Atoms könnte 1 sein und der Abwärtsspin könnte 0 sein, aber wenn der Atomspin erkannt wird, ist er 0. Also Es kann sich gleichzeitig auf der Ober- und Unterseite befinden, weshalb es als Qubit bezeichnet wird, weil es nicht dasselbe ist wie ein Bit auf einem typischen Computer. Quantenbits, auch bekannt als Qubits, unterscheiden sich von Bits dadurch, dass die Informationen in Bits entweder die Form einer 0 oder einer 1 annehmen können, während die Informationen in Qubits entweder die Form einer 0 oder einer 1 annehmen können. Das kann sein entweder einen 0- oder einen 1-Wert.

So wird ein Computer, der Quantengrundlagen verwendet, um unsere komplizierten Berechnungen zu berechnen und zu lösen, zu einem Quantencomputer.

Es wird berichtet, dass ein 40-Kubik-Quantencomputer eine ähnliche Rechenkapazität wie heutige Supercomputer und die Fähigkeit hat, Daten viel schneller als heutige Supercomputer zu berechnen.

Unsere Supercomputer sind jetzt nicht super genug für unsere neuesten Probleme

Bisher haben wir uns bei den meisten Problemen auf Supercomputer verlassen. Dies sind extrem leistungsstarke herkömmliche Computer mit Tausenden von CPU- und GPU-Kernen. Supercomputer hingegen sind nicht sehr geschickt darin, bestimmte Arten von Problemen anzugehen, die auf den ersten Blick einfach erscheinen. Aus diesem Grund werden Quantencomputer benötigt.
Zum Beispiel : Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Sie müssen zehn wählerische Personen bei einer Dinnerparty platzieren, und es gibt nur einen perfekten Sitzplan aus allen denkbaren Kombinationen. Wie viele verschiedene Kombinationen müssten Sie ausprobieren, bevor Sie sich für die beste entscheiden?
Unter Verwendung der N-Faktorenformel ergibt das 3.628.800, dh 3 Millionen Kombinationen für nur 10 Personen.
Wenn wir also eine größere Version dieser Art von Problemen induzieren, wird eine zuverlässigere und kostengünstigere Lösung benötigt.

Außerdem fehlt Supercomputern der Arbeitsspeicher, um die zahlreichen Kombinationen realer Situationen zu bewältigen, größere Versionen dieser Art von Problemen verwirren sogar unsere leistungsstärksten Supercomputer.
Jede Kombination muss einzeln von Supercomputern analysiert werden, was sehr lange dauern kann.

Quantencomputer sind schneller

Quantencomputer können diese enormen Probleme in massiven multidimensionalen Räumen darstellen, die von Quantencomputern geschaffen wurden. Das ist etwas, wozu herkömmliche Supercomputer nicht in der Lage sind.

Quantenwellen-Interferenzalgorithmen werden dann verwendet, um Lösungen in diesem Bereich zu lokalisieren und sie in brauchbare und verständliche Formen zurückzuübersetzen

Grovers Suche ist ein vielversprechender Quantenalgorithmus, der diese Prinzipien anwendet. Angenommen, Sie müssen ein Element aus einer Liste von N finden. Auf einem herkömmlichen Computer müssten Sie durchschnittlich N/2 Elemente überprüfen, und im schlimmsten Fall müssten Sie alle N überprüfen.
Auf einem Quantencomputer würde Grovers Suche das Objekt finden, nachdem ungefähr N von ihnen überprüft wurden. Dies bietet eine deutliche Verbesserung der Verarbeitungsgeschwindigkeit und Zeitersparnis. Angenommen, Sie müssten ein Element aus einer Liste von einer Billion finden, und die Überprüfung jedes Elements dauerte eine Mikrosekunde:
Auf diese Weise benötigt ein herkömmlicher Computer etwa eine Woche.
Es dauert ungefähr 1 Sekunde, bis ein Quantencomputer dies abgeschlossen hat.
Sie eignen sich also hervorragend für Optimierungsprobleme.

Quantencomputer werden die Datensicherheitslandschaft verändern. Trotz der Tatsache, dass Quantencomputer in der Lage sein werden, viele der heutigen Verschlüsselungsschemata zu knacken, wird erwartet, dass sie hacksichere Alternativen entwickeln werden.

Googles Quantencomputer „Sycamore“ führte eine Berechnung in weniger als vier Minuten (200 Sekunden) durch, für die der leistungsfähigste Computer der Welt 10.000 Jahre gedauert hätte. Es ist der Beginn des weltweit ersten voll funktionsfähigen Quantencomputers, der in der Lage sein wird, bessere Medikamente herzustellen, intelligentere künstliche Intelligenz zu entwickeln und kosmische Rätsel zu lösen.

Die Größe ist wichtig

Quantencomputer haben das Potenzial, in Bezug auf die Rechenleistung gewaltig zu sein. In Wirklichkeit haben sie derzeit etwa die Größe eines Haushaltskühlschranks, mit einer Steuerbox von der Größe eines Schranks.

Quantenbits oder Qubits (CUE-Bits) werden auf die gleiche Weise wie Bits in einem herkömmlichen Computer verwendet, um Informationen in der Quantenform zu speichern.

Implementierung von Advanced Techs-Kombinationen

Supraflüssigkeiten: Supraflüssigkeiten wurden verwendet, um Supraleiter zu kühlen. Wir kühlen diese Supraleiter auf ein Hundertstel Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt, was die theoretisch niedrigste Temperatur ist, die die Physik erlaubt.

Supraleiter : Wenn Elektronen Supraleiter passieren, bilden sie Cooper-Paare, die durch einen Quantentunnel gehen, der als Josephson-Kontakt bekannt ist.

Kontrolle: Ein Qubit, das supraleitend ist. Wir können das Verhalten des Qubits regulieren und es dazu bringen, Informationen zu speichern, zu modifizieren und zu lesen, indem wir Photonen darauf abfeuern.

Superposition: Ein Qubit allein ist nicht besonders nützlich. Wir können jedoch große Rechenräume erzeugen, indem wir viele erstellen und sie in einem Zustand verbinden, der als Überlagerung bekannt ist. Wir verwenden dann programmierbare Gatter, um komplexe Probleme in diesem Bereich auszudrücken.

Verschränkung : Durch Quantenverschränkung können Qubits trotz ihres zufälligen Verhaltens vollständig gekoppelt bleiben. Spezifische komplizierte Probleme können mit Quantenalgorithmen, die sich die Quantenverschränkung zunutze machen, effizienter und schneller angegangen werden.