Jim Clark, Intels Direktor für Quantenausrüstung, mit einem der Quantenprozessoren des Unternehmens. Foto; Intel- Quantencomputer sind eine äußerst aufregende Technologie, die das Versprechen hat, leistungsstarke Computerfunktionen zur Lösung bisher unlösbarer Probleme zu schaffen.
- Experten behaupten, dass IBM auf dem Gebiet des Quantencomputers führend war, weshalb Google, Intel, Microsoft und viele Startups unter seinem Einfluss stehen.
- Investoren fühlen sich von Startups im Bereich Quantencomputer angezogen, darunter IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems und Rigetti, die diesen Markt verändern können.
- Es gibt jedoch einen Haken: Moderne Quantencomputer sind in der Regel nicht so leistungsfähig und nicht so zuverlässig wie die heutigen Supercomputer und benötigen auch spezielle Bedingungen zum Starten und Laden.
Im Januar sorgte IBM für Furore, als es die Veröffentlichung von IBM Q System One ankündigte, dem weltweit ersten für Unternehmen verfügbaren Quantencomputermodell. Die Vorrichtung wurde in eine glatte Glashülle von 9 Kubikfuß gegeben.
Dies ist ein wichtiger Meilenstein für Quantencomputer, die sich noch in Forschungslabors befinden. Laut IBM beabsichtigen Käufer bereits, diese Technologie einzusetzen, die in verschiedenen Bereichen vielversprechend ist: Chemie, Materialwissenschaften, Lebensmittelproduktion, Luft- und Raumfahrtindustrie, Arzneimittelentwicklung, Börsenprognose und sogar im Kampf gegen den Klimawandel.
IBM Q System One. Foto: IBMDer Grund für die Unruhen ist, dass ein Quantencomputer scheinbar magische Eigenschaften hat, die es ihm ermöglichen, exponentiell mehr Informationen zu verarbeiten. Ein Quantencomputer ist nicht nur ein sehr schneller Computer, sondern ein völlig anderes Computerparadigma, das ein radikales Umdenken erfordert.
Der Gewinner des Technologierennens wird das Unternehmen sein, das die Möglichkeiten dieser Technologie nutzt. IBM, Microsoft, Google und andere Technologie-Giganten sowie Startups setzen auf diese Technologie.
Business Insider stellte dem IBM-Vizepräsidenten von IBM Q Strategy and Ecosystem, Bob Syutor, einige Fragen, wie diese Systeme für Menschen zugänglich gemacht werden können: Wie erhalten Menschen Zugang zu ihnen? Wie können so viele Menschen lernen, wie sie mit Quantencomputern ihre Aufgaben erfüllen können?
Es besteht kaum eine Chance, bald Quantencomputer im Büro zu sehen. Die Experten, mit denen wir gesprochen haben, glauben, dass es trotz der Tatsache, dass sie bei IBM erhältlich sind, weitere fünf bis zehn Jahre dauern wird, bis Quantencomputer wirklich zum Mainstream werden. IBM Q System One ist derzeit nur als Cloud-Computing-Service für ausgewählte Kunden verfügbar. Es wird noch einige Zeit dauern, bis so etwas Menschen für persönliche Zwecke arbeiten können.
Experten behaupten zwar, dass Quantencomputer hohe Erwartungen haben, aber weit von der Massenproduktion entfernt sind. Sie sind extrem zerbrechlich und erfordern besondere Arbeitsbedingungen. Darüber hinaus sind Quantencomputer heute nicht so zuverlässig und nicht so leistungsfähig wie die Computer, die wir bereits haben.
"Wir glauben, dass ein Quantencomputer in etwa zehn Jahren Ihr oder mein Leben verändern wird", sagte Business Insider Jim Clark, Direktor für Quantenausrüstung bei Intel. - Tatsächlich sind wir erst auf der ersten Meile des Marathons. Dies bedeutet nicht, dass wir uns darüber keine Sorgen machen. "
Was ist ein Quantencomputer?
Bill Gates hat einmal gesagt, dass die dem Quanten zugrunde liegende Mathematik außerhalb seines Verständnisses liege, aber nicht alle waren sich einig.
"Die Idee, dass Quantenphysik auch Physik und zu kompliziert ist, ist etwas falsch", sagt Chris Monroe, CEO und Mitbegründer von IonQ, Business Insider. "Was sie für viele Menschen unverständlich macht, ist, dass es unverständlich ist, aber es ist auch für mich wie für Sie unverständlich." Wenn sich etwas überlagern kann, bedeutet dies, dass es sich gleichzeitig in zwei Zuständen befinden kann. Es ist seltsam, weil wir dem in der realen Welt nicht begegnen. "
Die von uns verwendeten Computer zeigen die Daten in Form einer Zeichenfolge 1 oder 0 an, die als Binärcode bezeichnet wird. Ein Quantencomputer kann jedoch Daten in Form von 1, 0 oder vor allem beider Zahlen gleichzeitig darstellen.
Wenn sich ein System gleichzeitig in mehr als einem Zustand befinden kann, spricht man von einer „Überlagerung“ - einer der scheinbar magischen Eigenschaften des Quantencomputers. Ein weiteres Schlüsselprinzip ist hier die „Verschränkung“, eine Quanteneigenschaft, die es zwei Teilchen ermöglicht, sich absolut synchron zu bewegen, unabhängig davon, wie weit sie physikalisch getrennt sind.
Wie
ein Artikel in der Zeitschrift Scientific American erklärt, werden diese beiden Eigenschaften zu einem Computer kombiniert, der viel mehr Daten gleichzeitig verarbeiten kann als jedes andere System auf dem heutigen Markt.
Die Leistung eines Quantencomputers wird in Qubits gemessen, der grundlegenden Maßeinheit in einem Quantencomputer. Ebenso wie moderne Computer über 32-Bit- oder 64-Bit-Prozessoren verfügen (ein Maß dafür, wie viele Daten sie gleichzeitig verarbeiten können), verfügt ein Quantencomputer mit einer großen Anzahl von Qubits über eine erheblich größere Rechenleistung.
In einem Quantencomputer. Foto: IBMDer Himmel ist die Grenze
All dies bedeutet, dass ein Quantencomputer Probleme lösen kann, die zuvor durch die Rechenleistung begrenzt waren.
Zum Beispiel kann ein Quantencomputer das bekannte Problem des Handlungsreisenden durch eine grobe Methode lösen - eine komplexe Rechenaufgabe, bei der der kürzeste Weg zwischen mehreren Städten gefunden werden muss, bevor man nach Hause zurückkehrt. Es klingt einfach, aber wenn Sie es aus mathematischer Sicht betrachten, wird es schwieriger, den einzig optimalen Pfad zu finden, wenn Sie der Route weitere Städte hinzufügen.
Auf die gleiche Weise könnte ein Quantencomputer die schwierigsten und mühsamsten Aufgaben bewältigen und große Mengen finanzieller, pharmazeutischer oder klimatologischer Daten herausfiltern, um optimale Lösungen zu finden. In der Tat arbeitet das Quanten-Start-up D-Wave bereits mit Volkswagen zusammen, um Bewegungsmuster zu analysieren und eine große Menge an Interferenzen auszusortieren, um auf den Punkt zu kommen.
Seine Nützlichkeit auf dem Gebiet der Kryptographie wird diskutiert. Ein Quantencomputer ist in der Lage, die Verschlüsselungsmethode zu beherrschen, die sich von der zuvor bekannten Verschlüsselung unterscheidet, und ermöglicht es ihm, selbst Zustandsgeheimnisse leicht zu entschlüsseln. Die Regierungen der Welt haben großes Interesse an dieser nützlichen Funktion, während Aktivisten befürchten, dass das Aufkommen des Quantencomputers die Privatsphäre zerstören könnte.
Körperliche Herausforderung
"Da sich das Quantencomputing noch in einem frühen Stadium befindet, gibt es viele Informationen, die noch nicht bewiesen sind", sagte Matthew Briss, Gartners Vizepräsident für Forschung und Entwicklung. „Käufer suchen jedoch bereits nach Möglichkeiten, um die Wettbewerbsvorteile des Quantencomputers für ihr Unternehmen zu ermitteln“, sagt er.
Trotz aller Hype glauben Experten, dass Quantencomputer in den 1950er Jahren weit von einer führenden Position entfernt sind wie PCs. Natürlich gewinnen sie an Dynamik, aber langsam.
"Quantum Computing kann mit einem langsam fahrenden Zug verglichen werden", sagte Business Insider Brian Hopkins, Vice President und Chief Analyst bei Forrester. - Wenn es einen Zoll pro Sekunde passiert, dann passiert es in einem Monat bereits zwei Zoll pro Sekunde. Ziemlich bald wird er sich schneller bewegen. “
Das große Problem ist jetzt, dass ein Quantencomputer nichts kann, was ein klassischer Computer nicht kann. Die Branche freut sich auf einen Moment namens Quantum Excellence, in dem Quantencomputer über die aktuellen Beschränkungen hinausgehen.
"Wenn Kunden zu uns kommen, sagen sie uns hauptsächlich, dass es ihnen egal ist, welches Modell, wenn es nur für ihr Unternehmen nützlich wäre", sagt Analyst Briss. - Es gibt kein Modell, das den klassischen Algorithmen voraus sein könnte. Wir müssen wirklich warten, bis sich die Quantencomputerhardware zu verbessern beginnt. “
Katy Puli, IBM Research Officer, untersucht einen Kryostaten, mit dem Quantencomputer ihre Temperatur niedrig halten können. Foto: Andy Aaron, IBMEin großes Problem bleibt der Mangel an Rechenleistung. Es wird angenommen, dass für die Quantenüberlegenheit ein Computer mit einer Kapazität von 50 Qubits erforderlich ist. Obwohl dieser Meilenstein im Labor überwunden wurde, ist er instabil und kann nicht eingehalten werden. In der Tat können Qubits entweder fehleranfällig oder instabil sein, was zu Problemen bei ihrer Erzeugung führt und ihr Potenzial verringert.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist mehr Material. Quantencomputer müssen vollständig von der Umgebung isoliert sein, um funktionieren zu können, und sie erfordern sehr niedrige Temperaturen. Selbst die schwächsten Vibrationen können zur Zerstörung von Qubits führen und sie aus der Überlagerung führen, so wie ein Kind, das auf einen Tisch klopft, sich drehende Münzen auf den Tisch fallen lässt.
Frühere Quantencomputer wie der IBM Q System One sind so umständlich, dass die erforderlichen Isolations- und Kühlbedingungen zu einem echten Problem werden. Dieses Problem wird durch das Fehlen der erforderlichen Komponenten verschärft: supraleitende Kabel und Niedertemperaturkühlschränke. Sie sind in schwerem Mangel.
Letztendlich bedeutet dies, dass während das Wissen verbessert und die Technologie entwickelt wird, Quantencomputer praktisch immer noch unmöglich ist.
"Eines der Probleme in meiner Arbeitsgruppe ist die Manipulation von Materialien, Silizium und Metallen, damit wir eine sehr homogene Umgebung schaffen können", sagte Clark von Intel. - Dies ist im Grunde die beste Halbleitertechnologie. Die Technologien, die wir benötigen, um Quantencomputer in großem Maßstab zu erstellen, existieren noch nicht. “
Ein weiteres Problem besteht darin, dass Quantencomputer ein unbestreitbares Potenzial für die Bereitstellung unerwarteter Rechenleistung haben. In dieser Welt gibt es jedoch nicht viele Menschen, die tatsächlich Erfahrung mit der Programmierung oder Verwaltung dieser Systeme haben, und faszinierte potenzielle Käufer versuchen herauszufinden, wie sie diese tatsächlich verwenden können.
Tolles Quantenrennen
Analysten behaupten, dass IBM derzeit aufgrund der begrenzten kommerziellen Verfügbarkeit des IBM Q System One das Quantencomputer-Rennen anführt. Da der Zugriff über die Cloud erfolgt, kann IBM diese speziellen Bedingungen unterstützen, damit dieser Quantencomputer funktioniert, während ausgewählte Kunden ihn verwenden können.
"Ich denke, [der IBM-Quantencomputer] schwingt", sagte Analyst Briss. "Ich denke, das Modell des Quantencomputers als Dienstleistung ist das richtige Modell." Indem sie es in einen Container legen und bestimmte Aufgaben erledigen, versuchen sie wirklich, seine Qualität zu verbessern. “
Sarah Sheldon und Pat Human von IBM arbeiten an einem Verdünnungskühlschrank, der Quantencomputer kühlt. Foto: IBMGleichzeitig stellen Analysten fest, dass jeder der Akteure auf diesem Markt jederzeit einen Durchbruch erzielen kann, der es ihm ermöglicht, die Nase vorn zu haben, und dass dies immer noch eine notwendige Rivalität ist.
Verschiedene IT-Giganten gehen dieses Problem unterschiedlich an. Intel, IBM, Google und das Quantencomputer-Startup Rigetti bauen Systeme, die auf supraleitenden Schaltungen basieren und auf modernen Supercomputern basieren.
Microsoft verfolgt einen völlig anderen und möglicherweise riskanteren Ansatz und versucht, ein besseres Qubit zu erstellen. Das topologische Qubit, das Microsoft versucht, Fragmentelektronenelektronen zu erzeugen, um Informationen an mehreren Orten gleichzeitig zu speichern, wodurch es stabiler und weniger anfällig für Zerstörung wird. Laut Analyst Hopkins ist dies weniger zuverlässig als das, was seine Konkurrenten zu schaffen versuchen, aber das Ergebnis wird ein wichtiger Schritt vorwärts für das gesamte Gebiet des Quantencomputers sein.
"Sie haben sich auf ein Glücksspiel eingelassen und viele glauben, dass sie niemals Erfolg haben werden", sagt Hopkins.
Bei Abenteuern setzen Startups wie IonQ und D-Wave auf Spitzentechnologien wie Ioneneinfang und Quantenglühen. Einfach ausgedrückt, versuchen sie auf unterschiedliche Weise, mit völlig neuen Methoden aus jedem Qubit eine höhere Leistung und Stabilität zu erzielen.
„Auf diese Weise können wir einen Quantencomputer erstellen, der komplexe Probleme löst und dies kontinuierlich weiterentwickelt“, sagte Business Insider Mark Johnson, Vizepräsident für Design und Entwicklung von Prozessoren und Quantenprodukten bei D-Wave.
Der Quantentechnologie-Spezialist von IBM schlendert durch das IBM Q Computing Center im Thomas J. Watson-Forschungszentrum in Yorktown Heights, New York. Foto: Connie Zhou für IBMQuantenstarts
Der Anstieg des Quantencomputers hat eine Welle des Interesses der Anleger an verwandten Startups ausgelöst. Laut Robert Syutor von IBM gibt es in der Welt der Quantensoftware, -hardware und sogar der Beratung etwa 100 Startups. Dies ist klein im Vergleich zum riesigen Startup-Markt, aber viel mehr als zuvor.
"Ich bin von Anfang an sehr lange in diesem Geschäft tätig", sagte Monroe von IonQ. - Lange Zeit steckte es noch in den Kinderschuhen, bis es vor 5-8 Jahren Aufmerksamkeit erregte und enorme Investitionen anzog. Es wurde klar, dass die Zeit gekommen war. “
Chris Monroe, CEO und Mitbegründer von IonQ, einem Quantencomputer-Startup. Foto: IonQEinige, wie Rigetti, sind bereit, mit technischen Titanen gleichberechtigt zu kämpfen und ihre eigenen Quantenchips und hoch entwickelten Quantencomputersysteme zu zerschlagen.
"Dies ist die Grundlage unseres Geschäfts", sagte Business Insider Betsy Masiello, Vizepräsidentin für Produkte bei Rigetti. - Im Quantenraum gibt es viele Unternehmen, die an Softwareanwendungen im Bereich des Quantencomputers arbeiten. Wir stellen Mikroschaltungen her und bauen Computersysteme. “
Matthew Kinsella, Geschäftsführer von Maverick Ventures, sieht das Gebiet des Quantencomputers optimistisch. Sein Unternehmen investierte sogar in ColdQuanta, ein Unternehmen, das Geräte für Quantensysteme herstellt. In fünf bis zehn Jahren erwartet er, dass Quantencomputer die heutigen Systeme übertreffen werden. Maverick Ventures hat eine langfristige Wette abgeschlossen.
„Ich glaube wirklich an Quantencomputer, obwohl es länger dauern kann als erwartet, bis ein Quantencomputer für alltägliche Aufgaben besser wird als ein herkömmlicher Computer. Höchstwahrscheinlich werden wir in den nächsten Jahren die Vorteile von Quantencomputern bei der Lösung kleiner Probleme nutzen “, sagte Kinsella.
2000Q Systems Lab von D-Wave. Foto: D-WaveKinsella, wie die Analysten, mit denen wir gesprochen haben, im Vorgriff auf den sogenannten "Quantenwinter". Es mag Aufsehen um Quantencomputer geben, aber die Leute beruhigen sich, warnen Experten. Autos sind noch nicht perfekt und es wird Jahre dauern, bis die Anleger die Ergebnisse sehen.
In der Perspektive
Experten versichern uns, dass auch über die Quantenüberlegenheit hinaus noch Platz für herkömmliche Computer und Supercomputer vorhanden ist. Bis dahin gibt es noch ein Problem mit Kosten, Größe, Zuverlässigkeit und Verarbeitungsleistung zu lösen, bevor wir es diskutieren können.
"Sie sollten Luft holen", sagte Analyst Briss. "In diesem Bereich gibt es viele aufregende Dinge, die Zeit brauchen." Dies ist ein Konglomerat aus Physik, Informatik und offen gesagt wissenschaftlicher Analyse. Wir müssten dies nicht studieren, wenn wir alle Antworten wüssten, aber in Zukunft werden wir eine große Menge an Forschungsarbeit haben. "
Quanten-Rigetti-Computer. Foto: RigettiDennoch ist für viele klar, dass dies die Zukunft ist. Genau wie die Hersteller des ersten Großrechners nicht begriffen hatten, dass dies letztendlich zu einer Zunahme der Anzahl handflächengroßer Handheld-Smartphones führen würde. Ein Quantencomputer könnte der erste Schritt auf einem ganz neuen Weg sein.
Nur wenige, wie Todd Holmdahl, Vice President of Corporate Governance bei Microsoft, sind optimistisch genug zu sagen, dass dies heute aussagekräftiger sein könnte als künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen. Er sagte seinen Kindern immer, dass sie das tun sollten, worüber sie leidenschaftlich sind, und dass sie immer Jobs auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz bekommen können. Jetzt wird er dasselbe über Quantencomputer sagen.
„Dies ist ein Bereich, der sich entwickeln wird. Wir brauchen Leute, die es füllen und nicht verdorren lassen “, sagte Kholmdal. "Es spielt eine wichtige Rolle für unsere Generation und ermöglicht es, in Zukunft erstaunliche Dinge zu schaffen."