Quantensprünge mit dem Quantenprozessor?

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Generell würde mich persönlich einmal interessieren, was es bedeuten würde einen marktfähigen Quantenprozessor zu entwickeln? Würde das innerhalb weniger Jahre zu einer ausgewachsene künstlichen Intelligenz führen und wie würde das wiederum die Politik verändern?


Desweiteren: Wie weit ist Deutschland in der Quantentechnik? Ist es da ein Vorreiter oder könnte es da ein Vorreiter werden? Ist es überhaupt möglich in so einer Technik Vorreiter zu sein, wenn keine größeren Hadware-Unternehmen wie Intel, IBM etc. vorhanden sind?
Quellen:
Youtube-Video: Größter Quantencomputer der Welt
Youtube-Video: Vortrag zum Quantencomputer
Zitat aus dem Vortrag (7:20 min) “Bereits mit 70 Qubits können wir Dinge tun, die nie, nie, niemals mit einem normalen Computer gemacht werden können.

Sinngemäßes Zitat: “Wenn wir die Natur simulieren wollen, dann muss dies quantenmechanisch passieren, da die Natur auf der Quantenmechanik basiert.” - Richard Feynman

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Bin bei dem Thema absolut nicht auf dme neusten Stand und dachte, dass das immer noch nur Theorie sei. Aber anscheinend gibt es ja wirklich schon Projekte. Hier mal Jülich:

Was es am Ende bringt? Keine Ahnung. Ich denke nur an Rechnungen an Molekülen, bei denen Rechenzeit rar ist - wenn man das beschleunigen kann, ist das für die Forschung super interessant (auch, weil man z.B. ein Medikament erst theoretisch erforschen könnte, bevor man es real testet). Was es sonst für reale Anwendungen gäbe, weiß ich nicht, nciht mein Gebiet (aber spannendes Thema).

Ich finde es einerseits sehr wichtig, hier eigene Forschung zu fördern und auf der Höhe der Zeit zu bleiben. Bis daraus aber wirklich ein funktionsfähiger Prozessor wird, wird es noch dauern.

Genauso wichtig finde ich es, diese Forschung mit Technologiefolgenabschätzung zu begleiten, d.h. sich mit Fragen zu beschäftigen wie:
Gibt es dann noch funktionsfähige Cryptographie?
Wie kann das die KI verändern, sind da Innovationen absehbar?
Wird das eine Großtechnologie für wenige?
Wie kann man Teilhabe organisieren, also Open Source Projekt, universitäres Forschen?
uvm

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In dem Vortrag, den ich verlinkt habe, kam raus, dass kontrollierte Operationen mit einem Quantencomputer bzw. die Markfähigkeit, bei der derzeitigen technologischen Entwicklung, erst in 17 bis 24 Jahren möglich sein werden, da die Qubits sehr fehleranfällig sind.
Aufgrund der ernorm hohen Rechenkapazität eines Quantencomputers, ist er aber auch vorallem für die Cryptographie bzw. die Entschlüsslung von Codes interessant.

Das ist eine gute Frage!

Ich denke am Anfang, so wie bei jedem wissenschaftlichen Durchbruch, schon. Aber es kann ja mithilfe des Internets heute bereits von jederman auf den IBM Quantencomputer zugegriffen werden.

Diese und weitere Fragen sollte man sehr genau untersuchen. Mit Methoden der Technikfolgenabschätzung:


Alle neuen Technologien sollte man darauf hin abklopfen. Dann kann man auch rationalere politische Entscheidungen treffen.

Aber wie gesagt, die Natur kann erst der Quantencomputer simulieren. D.h. mMn kann die Quantentechnologie bevor sie existiert bzw. kontrolliert angewendet werden kann, auch nicht abgeschätzt werden.

MMn sollten demnach nicht Entscheidungen “über” die Technologie getroffen werden, sondern “mithilfe” der Technologie. Den fortschrittliche Technologien machen ja politische Entscheidungen mEn überhaupt erst rationaler.

das ist nicht ganz richtig, man kann ja schon vorhersagen, was so ein Quantenprozessor eines Tages alles kann, dann kann man auch über Konsequenzen nachdenken. Die Methoden der TA sind da vielfältig. Meistens kommt TA zu spät. Außerdem trifft TA keine “Entscheidungen”, sie skizziert mögliche Konsequenzen

Kann man das wirklich? Ich denke die ungefähren Anwendungsfelder kennt man, aber was die Quantentechnologie dann wirklich zu leisten im Stande ist, das ist unklar.

Ich spiele ungern den Pessimisten, aber Forscher sind gerne etwas Optimistisch mit dem möglichen Nutzen ihrer Forschung.

KI ist heute dort -wo sie gut ist- in einem sehr engen Bereich gut.
Selbstfahrende Autos sind immer noch nicht auf den Strassen unterwegs.

Ein “Quantenprozessor” kann auch nur so schnell rechnen wie er mit Daten versorgt wird. Nehmen wir mal an wir haben eine CPU die eine trillion mal schneller ist als alles was wir bisher kennen. Nun, wenn diese CPU alle ihre Daten aus einem Cache/RAM ziehen muss welcher nicht schneller ist als das was wir bisher haben dann wird Sie nur in einigen sehr wenigen Spezialgebieten schneller rechnen können.

Also dort wo eher wenig Speicher benötigt wird, so das alle berechnungen ohne I/O auf der CPU direkt durchgeführt werden können. Das wäre dann wohl wirklich vor allem für Krypto interessant.

Heutige KI ist sehr RAM intensiv, einerseits die neuronalen Netze selbst als auch die Daten welche diese verarbeiten. Bis es Quantencomputer gibt welche wirklich sagen wir mal ein paar hundert millionen Qbit haben, also wirklich ein paar hundert MB Daten ohne externe Speicherzugriffe verarbeiten können wird es noch sehr lange dauern. Schließlich bräuchten Zugriffe auf externen, nicht quanten Speicher zu viel Zeit, so das der Vorteil einer solchen CPU relativiert würde.

Gerade für KI denke ich das sich da eher FPGAS/ASICS bzw. neuromorphes Computing durchsetzen werden. Damit sind schon jetzt das hundert bis tausendfache an Rechenkapazität im vergleich zu CPUs möglich.

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Das ist aber nicht ansatzweise die Leistung zur der ein Quantencomputer mit 70 Qubits in der Lage ist, zumindest so wie ich den Redner in dem Vortrag verstanden habe.

Zitat: “Wenn sie mit der Rechenleistung aller derzeit existierenden, herkömlichen Computer eine Rechenoperation von 2 hoch 70 Operationen durchführen wollten bräuchten Sie ungefähr die Zeit die dem Alter des Universums entspricht!” (7:00min)

Mag ja sein, aber den muss man erstmal bauen.

Ja, das ist ja für mich als Laien absolut faszinierend, dass so etwas wie die Quantenmechanik überhaupt kontrollierbar scheint. Die Wissenschaftler halten es durchweg für realisierbar.

Die spukhafte Fernwirkung verschränkter Quantenteilchen

Über das Potenzial eines Quanteninternets und der Quantenverschlüsselung

Denn wenn zwei Quantenteilchen verschränkt sind und in den gleichen Zustand gebracht werden, dann können die Teilchen soweit auseinander sein, wie sie wollen z.B. das eine auf der Erde und das andere am Ende des Universums. Sie werden trotzdem mit einander verschränkt bleiben. Wenn sich der Zustand auf des Teilchens auf der Erde verändert, dann verändert sich auch der Zustand des Teilchens am Ende des Universums. Habe ich das richtig verstanden?

“Für das Teleportieren von Gegenständen oder gar Lebewesen ist diese Technik indes ungeeignet, wie die britische Zeitung „The Guardian“ berichtete. Forscher der britischen University of Leicester haben berechnet, wie viel Rechenleistung benötigt würde, um einen Menschen zu beamen. Eine einzige menschliche Zelle besteht umgerechnet aus zehn Milliarden Bits.”

Die Frage ist, wie viele Qubits wären zehn Milliarden Bits? Ein Quantenbit kann ja um Einiges mehr als zwei Zustände annehmen, oder?

Nein, es kann nur zwei Zustände annehmen. Zumindest können nur 2 sicher auseinandergehalten werden. Scheint mir eine technische Hürde zu sein, könnte also künftig anders aussehen (vielleicht auch nicht). Aber ich bin zu lange aus dem Thema raus, müsste mich da erstmal wieder einlesen.

In der Tat kann jedes nichttriviale quantenmechanische System prinzipiell unendlich viele verschiedene Zustände annehmen.

Durch die zirkuläre Polarisation der Qubits und so…
grafik

Zusammengefasst: Bei der Messung wird das Qubit zwei Zustände zugeteilt, nachdem es zuvor in einem Kreis mit einem Radius von 1 jeden Zwischenzustand einnehmen kann. Das liegt aber daran, dass das Qubit einem Binärcode zugeordnet wird und nicht daran, dass es potenziell unendlich viele Zustände einnehmen kann, oder?

Nach meinem Verständnis ist es, wie gesagt, eine technische Hürde. Auf Wikipedia steht bereits in Zeile 1:

[…] also ein System, das nur durch die Quantenmechanik korrekt beschrieben wird und das nur zwei durch Messung sicher unterscheidbare Zustände hat.

Also die Messung selbst ist das Problem.

War jetzt doch nicht so doll :wink: