Der nächste große Sprung: Warum Boris Johnson beim Quantencomputing “groß werden will” | Rechner

TDie Technologie hinter alltäglichen Computern wie Smartphones und Laptops hat das moderne Leben so revolutioniert, dass sie aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken ist. Aber eine alternative Computermethode schreitet schnell voran, und Boris Johnson ist einer der Leute, die es bemerkt haben. Er wird die Grenzen seiner sprachlichen Geschicklichkeit verschieben müssen, um es zu erklären.

Die Quantenberechnung basiert auf der Quantenphysik, die untersucht, wie die subatomaren Teilchen, aus denen das Universum besteht, funktionieren. Letzte Woche versprach der Premierminister, dass Großbritannien mit dem Bau eines allgemeinen Quantencomputers „groß auf Quantencomputer gehen“ werde und damit bis 2040 50 % des weltweiten Quantencomputermarktes sichern werde. Allerdings muss Großbritannien ansetzen: Große Schritte wurden in diesem Jahr von den Technologie-Supermächten China und den USA auf diesem Gebiet unternommen.

Peter Leek, Dozent und Quanteninformatiker an der Oxford University, sagt, dass „klassische“ Computer (der allgemeine Begriff für Computer, wie wir sie kennen) eine unglaubliche Errungenschaft des 20 die Gesetze der Physik, wie wir sie kennen, nicht anwenden“.

Die Arbeit an der Quantenphysik hat uns jedoch eine neue und leistungsfähigere Art der Informationsverarbeitung ermöglicht. „Wenn Sie die Prinzipien der Quantenphysik zur Informationsverarbeitung nutzen können, können Sie eine Reihe von Berechnungen durchführen, die mit normalen Computern nicht möglich sind“, sagt Leek.

Klassische Computer codieren ihre Informationen in Bits – dargestellt als 0 oder 1 – die als elektrischer Impuls übertragen werden. Eine SMS, E-Mail oder sogar ein Netflix-Filmstreaming auf Ihrem Telefon sind eine Reihe dieser Teile. Bei Quantencomputern ist die Information jedoch in einem Quantenbit oder Quantenbit enthalten. Diese Qubits – eingeschlossen in einem bescheidenen Objektträger – sind Teilchen wie Elektronen oder Photonen, die sich gleichzeitig in mehreren Zuständen befinden können, eine Eigenschaft der Quantenphysik, die als Superposition bekannt ist. Das bedeutet, dass Qubits mehrere Kombinationen von Einsen und Nullen gleichzeitig kodieren können – und ihren Weg durch eine Vielzahl unterschiedlicher Ergebnisse berechnen.

„Wenn Sie einen Speicher in einem gewöhnlichen Computer vergleichen, befindet er sich in einem einzigartigen Zustand von Einsen und Nullen, die auf eine bestimmte Weise angeordnet sind. In einem Quantencomputer kann sich dieser Speicher gleichzeitig in allen möglichen Zuständen von Eins und Null befinden“, sagt Leek.

Um diese Leistung wirklich nutzen zu können, bedarf es einer „Verschränkung“ von Paaren von kwbits: Verdoppelt man die Anzahl der kwbits, steigt die Rechenleistung exponentiell. Kombinieren Sie diese verworrenen Qubit-Paare und Sie erhalten einen sehr leistungsstarken Computer, der Zahlen mit einer beispiellosen Geschwindigkeit verarbeiten kann, vorausgesetzt, es gibt einen Quantenalgorithmus (die vom Computer befolgten Anweisungen) für die gewünschte Berechnung.

Jay Gambetta, ein VP für Quantencomputer bei IBM, wurde letzte Woche vorgestellt der leistungsstärkste Quantenprozessor der Welt, sagt: “Das kombinierte System hat eine Rechenleistung, die viel mehr ist als die Einzelsysteme.” Der in den USA hergestellte Eagle-Quantenprozessor der Computerfirma – eine Art Computerchip – fügt 127 Qubits hinzu, verglichen mit den 66, die kürzlich von der University of Science and Technology of China (USTC) in Hefei erhalten wurden.

Gambetta betont, dass die praktischen Anwendungen von Quantencomputern noch nicht da sind, aber theoretisch könnten sie spannende Anwendungen haben, wie zum Beispiel beim Design neuer Chemikalien, Medikamente und Legierungen. Quantencomputing kann zu einer viel effizienteren Darstellung chemischer Verbindungen führen, sagt Gambetta, der genau vorhersagt, was ein komplexes Molekül leisten kann, und den Weg für neue Medikamente und Materialien ebnet. “Es gibt uns eine Möglichkeit, die Natur besser zu modellieren”, fügt er hinzu.

Es gibt Möglichkeiten, wie Quantencomputer auch zur Bekämpfung der globalen Erwärmung beitragen können, sagt Gambetta, indem Kohlendioxid effizienter in Sauerstoff und Kohlenmonoxid getrennt wird, was die CO2-Menge reduziert.2 in der Atmosphäre. Alternativ können uns Quantencomputer helfen zu verstehen, wie wir Dünger mit viel weniger Energie herstellen können.

Im vergangenen Jahr hat sich IBM mit dem deutschen Autobauer Daimler, der Mutter von Mercedes-Benz, zusammengetan, um mithilfe von Quantencomputern neue Modelle zu modellieren. Lithiumbatterien. Erneuerbare Energien, Pharmazeutika, Elektromotoren, Düngemittel: Wenn dies nur einige der Produkte sind, die durch Quantencomputer verbessert werden können, dann will Großbritannien verständlicherweise an der Spitze des Marktes stehen.

Sobald Quantencomputer das 1.000-Qubit-Niveau erreichen, sollen sie in der Lage sein, das zu erreichen, was IBM als “Quantenvorteil” bezeichnet, bei dem ein Quantencomputer Probleme durchweg schneller löst als ein klassischer Computer. IBM hofft, bis 2023 über seinen Condor-Prozessor 1.000 Qubits zu erreichen.

Das starke Universitätssystem des Vereinigten Königreichs – und die lange Innovationsgeschichte, die von Alan Turing in Computern und Paul Dirac in der Quantenmechanik verkörpert wurde – geben dem Land Hoffnung, Johnsons Ziel zu erreichen. Gambettas IBM-Kollege Bob Sutor sagt jedoch, dass für Großbritannien und andere Länder, die ehrgeizige Fortschritte beim Quantencomputing machen wollen, Ausbildung und Fähigkeiten von entscheidender Bedeutung sind – auf Universitätsebene und darunter, einschließlich Schulen. “Je mehr Leute daran arbeiten, desto schneller werden wir dort sein.”

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