Frage von Geffi, 70

Welche Vorteile bietet ein Quantencomputer zu klassischem PC?

Hi, welche Vorteile bieten Quantencomputer? Die sollen recht schnell sein, aber wie schnell kann man sich das Vorstellungen und wie sieht es mit der Effizienz aus?

Antwort
von P6619, 44

Seite: http://www.scilogs.de/quantenwelt/quantencomputer-mehr-als-computer-mit-quantene...

"To calculate the distance between two large vectors with a dimension of 10^21 (or, in the language of Big Data, we can call it 1 Zettabyte (ZB)), a GHz clock-rate classical computer will take about hundreds of thousands of years," Lu told Phys.org. "A GHz clock-rate quantum computer, if we can build it in the future, with the exponential speed-up, will take only about a second to estimate the distance between these two vectors after they are entangled with the ancillary qubit."

Also: Eigentlich eine beinahe unmessbare Geschwindigkeit!

Seite: http://www.focus.de/wissen/technik/tid-20771/wissenschaftsmagazin-science-quante...

Das Gerät besteht aus einem Paddel aus einem quarzähnlichen Material von nur 0.0002 Quadratmillimeter Fläche. Es wird von zwei Metallklammern gehalten kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung bis zu sechs Milliarden Schwingungen pro Sekunde ausführen. Diesen Resonator kühlten die Forscher bis fast zum absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius), um ihn so in den Zustand niedrigster Energie zu versetzen. So wurden kamen die Bewegungen aller Atome darin nahezu zum Stillstand. Dann führten sie ihm durch Strom eine genau definierte Energiemenge zu, die einem einzelnen Quant entspricht. Sie versetzte den Resonator in einen angeregten Zustand, der sich aber mit dem nicht angeregten Nullpunkts-Zustand überlagerte. Das Paddel vollzog also gleichzeitig sehr viele Schwingungen und gar keine.

Das Problem ist, dass sich das System bei einer Messung der Resonanz für einen Zustand entscheidet, so dass die Überlagerung verschwindet. Um sie dennoch nachweisen zu können, bedarf es sehr vieler Messungen. In ihrer Summe ermöglichen sie eine statistische Aussage darüber, welchen der beiden Zustände das System jeweils eingenommen hatte. Es schlägt somit eine Brücke zwischen klassischer und Quantenmechanik. Davon träumen die Physiker schon lange, denn solche Geräte erlauben es, makroskopische Systeme quantenmechanisch zu kontrollieren.

Sie könnten die Entwicklung so genannter Quantencomputer vorantreiben, an denen Informatiker weltweit forschen. Darin dienen einzelne Quanten als Informationsspeicher, wobei als Informationseinheit ein „Quantenbit“ (kurz: Qubit) gilt. Im normalen Computer nimmt eine Speichereinheit – also ein Bit – entweder den Zustand 0 oder 1 an. Bei einem Quantenteilchen als Informationsträger können sich aber beide Werte überlagern, so dass es sich in beiden Zuständen gleichzeitig befindet. Dadurch sind viele Rechenoperationen in einem Schritt parallel möglich. So wächst nicht nur die Rechengeschwindigkeit exponentiell, sondern ein Quantencomputer kann auch Probleme lösen, die klassisch nicht lösbar sind.

LG Alex

Antwort
von muschmuschiii, 53

"Der Quantencomputer ist gegenwärtig noch ein überwiegend theoretisches Konzept. Es existiert aber schon jetzt eine Vielzahl von Vorschlägen, wie ein Quantencomputer realisiert werden könnte, und in kleinem Maßstab wurden einige dieser Konzepte im Labor erprobt und es wurden Quantencomputer mit wenigen Qubits realisiert; von einer tatsächlichen Anwendung und praktischem Nutzen ist man aber noch weit entfernt."

Darüber brauchst du dir im Moment den Kopf nicht drüber zerbrechen!

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Quantencomputer

Kommentar von Geffi ,

und wie ist da der Verbrauch? wie hoch ist die el. Leistung?

Kommentar von muschmuschiii ,

......kannst du nicht lesen: Quantencomputer sind ein überwiegend theoretisches Konzept, es stehen noch keine rum, an denen man deine Fragen beantworten könnte!

Antwort
von holofoxx, 39

Hi Geffi,

Quantencomputer basieren auf quantenmechanischen Phänomenen, wobei ein Quant (zB Elektron) sich an mehreren Orten/Positionen gleichzeitig aufhalten kann SOLANGE ES NICHT GEMESSEN WIRD (Schrödingers Katze). Das bedeutet der Spin eines Elektrons kann entweder nach oben, unten oder beides gleichzeitig gerichtet sein. Das nennt sich Superposition. 

Wenn man also Up-Spin als 1 und Down-Spin als 0 codiert und das dazwischen eben beides gleichzeitig ist, kann man auf einmal in der Theorie unendlich viele Zustände darstellen. 

Die DWave Quantencomputer die Google zusammen mit D-Wave Systems entwickelt haben ja bereits gezeigt wie viel schneller so ein Quantencomputer sein kann. ABER das war ein ganz spezielles Programm, welches auf ein ganz spezielles System geschrieben wurde. Ein gewöhnlicher PC ist im Alltag nach wie vor schneller und ich bezweifle stark, dass wir Quantencomputer in den nächsten Jahren/Jahrzenten im Alltagsgebrauch sehen werden allein schon wegen der Kühlung. 

Grüße foxx

Antwort
von grtgrt, 24

Ein klassischer Computer besteht aus einer kleinen Zahl N von Rechenkernen und einer sehr großen Zahl M von Variablen des Typs Bit. Er kann an höchstens N Teilaufgaben eines Problems gleichzeitig arbeiten (an nur sehr wenigen also).

Ein Quantencomputer besteht aus M Variablen des Typs QuBit und kann an M Teilaufgaben eines Problems gleichzeitig arbeiten (an sehr vielen also).

Bisher gelang es noch nicht, Quantencomputer zu bauen, bei denen M größer als etwa 10 ist. Die Tatsache, dass jedes QuBit eines Quantencomputers beides in einem ist - Datenspeicher und CPU - macht es extrem schwierig, Algorithmen zu finden, die ein bestimmtes gegebenes Problem lösen. Mit anderen Worten: Einen Quantencomputer zu programmieren erscheint uns heute um viele Größenordnungen schwieriger als die Programmierung herkömmlicher Computer.

Kommentar von grtgrt ,

Einen Quantencomputer zu programmieren erscheint uns heute um viele Größenordnungen schwieriger als die Programmierung herkömmlicher Computer.

Auch kann man sich auf das von einem QuBit errechnete Ergebnis nicht so verlassen, wie auf das von einer klassischen CPU errechnete: Mit der Zahl M der QuBits steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ergebnis, das der Quantencomputer liefert, falsch ist. Man muss daher stets jede Rechnung mehrmals durchführen.

Kommentar von grtgrt ,

Da QuBits mit Lichtgeschwindigkeit rechnen, können sie pro Sekunde weit mehr Rechenschritte erledigen als jede bisher gebaute klassische CPU.

Problem aber: Mit der Zahl der elementaren Rechenschritte, die ein QuBit zur Lösung eines bestimmten Problems erledigt hat, steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass einige wenige dieser Rechenschritte falsches Ergebnis geliefert haben (und daher auch das Gesamtergebnis der Rechnung falsch ist).

Eben diese Tatsache versetzt den großen Hoffnungen, die man heute in die Entwicklung von Quantencomputern setzt, den wohl mit Abstand größten Dämpfer. 

Kommentar von grtgrt ,

Da man weiß, dass sich jeder Quantencomputer über einer Turingmaschine simulieren lässt, ist klar, dass jede Berechnung, die einem Quantencomputer möglich ist, auch einem herkömmlichen Computer möglich ist - nur eben mit den Unterschied, dass der Quantencomputer dafür weit weniger Zeit benötigt (ein herkömmlicher Computer könnte Jahre an etwas rechnen müssen, was ein Quantencomputer in Bruchteilen von Sekunden zu erledigen in der Lage ist).

Antwort
von grtgrt, 31
Kommentar von grtgrt ,

Eben jetzt (im Mai 2016) hat IBM einen ersten Quantencomputer über die Cloud der Öffentlichkeit zugänglich gemacht:

Er besteht gerade mal aus 5 QuBits, kann also noch nicht mal 1 Byte speichern und verarbeiten.

http://arstechnica.com/science/2016/05/how-ibms-new-five-qubit-universal-quantum...

Kommentar von grtgrt ,

Jeder der daran interessiert ist, mit IBMs Quantencomputer etwas rumzuspielen, kann das tun über die Seite https://quantumexperience.ng.bluemix.net/qstage/#/login .

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