Quanteninformatik
Was ist Quanteninformatik?
Quanteninformatik ist ein Weg zur Lösung extrem komplexer Probleme durch die Suche nach Mustern in Milliarden von Datenpunkten unter Verwendung mehrdimensionaler Rechenräume. Die Quanteninformatik ist viel kleiner als ein Supercomputer, löst aber Probleme, die klassische Supercomputer nicht lösen können.
Wie funktioniert die Quanteninformatik?
Das Geheimnis der Leistung der Quanteninformatik ist das Qubit. Es handelt sich dabei um die Quanteninformatik-Version der Bits, also der winzigen Dateneinheiten, die in der Telekommunikation und im Computing verwendet werden.
Der Unterschied zwischen einem Qubit und einem gewöhnlichen Bit besteht darin, dass es Informationen in einem Überlagerungszustand speichert. Das bedeutet, dass jede mögliche Konfiguration der Daten im Qubit enthalten ist. Auf der grundlegendsten Ebene können also die Daten selbst auf viele, viele Arten gleichzeitig ausgedrückt werden, welche viel anspruchsvollere Analysen ermöglichen.
Darüber hinaus berücksichtigen Quantenalgorithmen einen mechanischen Effekt namens „Verschränkung“, um Lösungen zu finden. Verschränkung bezieht sich auf das wechselseitige Verhalten zwischen zwei getrennten Dingen, so dass sich, in der Quantensprache, jede Veränderung an einem Qubit direkt auf das andere auswirkt. Indem diese Wechselbeziehungen berücksichtigt werden, können Quantenprozessoren mehr Komplexität in ihren Berechnungen unterbringen.
Warum brauchen wir Quantencomputer?
Quantencomputer sind perfekt geeignet, um die größten Herausforderungen der Branche zu lösen, auch wenn sich die Unternehmen und Technologien weiter entwickeln. In der Tat hängt die Innovation selbst von der Fähigkeit der Technologie ab, mit ihren ständig steigenden Anforderungen Schritt zu halten.
So müssen zum Beispiel die Systeme für erneuerbare Energien ständig verbessert werden, um effizienter und kostengünstiger zu werden, damit wir überhaupt darauf hoffen können, fossile Brennstoffe vollständig zu ersetzen. Auf der Suche nach neuen Materialien zur Verbesserung der Batterietechnologie verlassen sich Forscher auf die Quanteninformatik, um komplexe chemische Verbindungen und Reaktionen zu simulieren.
Die Erforschung des Weltraums erfordert eine kontinuierliche Verfeinerung der Materialien, um diejenigen zu finden, die den immer schwierigeren Voraussetzungen standhalten können. Ohne Quanteninformatik dauert der Testzyklus im Labor Monate und verlangsamt den Fortschritt auf ein Schneckentempo.
Selbst Branchen, die mit der Herstellung von Alltagsgütern beschäftigt sind, profitieren von der Leistung der Quanteninformatik. Vom logistischen Routing über die Planung der Fabrikmontage bis hin zur Optimierung der Zeitplanung werden diese Wirtschaftszweige durch die Durchführung von Quantenalgorithmen wesentlich effizienter, da diese größere Einsparungen und Skaleneffekte ermöglichen.
Was sind die Vorteile und Anwendungen der Quanteninformatik?
Aufgrund ihrer enormen Rechenleistung bietet die Quanteninformatik enorme Vorteile, wie z. B.:
· Größere Ausgereiftheit: Durch die Gestaltung mehrdimensionaler Räume und die Unterbringung mehrschichtiger Beziehungen zwischen Datensätzen kann die Quanteninformatik Aufgaben bewältigen, die Supercomputer nicht bewältigen können.
· Umfassendere Modellierungsmöglichkeiten: Quanteninformatik nutzt dieselben physikalischen Regeln wie Atome und erleichtert so die Analyse komplexer natürlicher Systeme.
· Schnellere Geschwindigkeiten: Quantenprozessoren sind in der Lage, riesige Datenmengen zu verarbeiten.
· Reduzierte Leistung: Durch die Verwendung von Supraleitern zur Datenverarbeitung ziehen Quanteninformatik-Systeme viel weniger Energie aus dem Netz.
· Geringeres Risiko/Kosten: Durch die Möglichkeit, mehrere Simulationen gleichzeitig durchzuführen, kann die Quanteninformatik einen Großteil der Laborforschung ersetzen, was die Risiken, die mit der Durchführung von Experimenten in physischen Labors verbunden sind, reduziert und auch die Kosten drastisch senkt.
· Weniger umfangreiche Schulungen: Die Quanteninformatik verwendet keine speziellen Programmiersprachen, so dass keine speziellen Programmierkenntnisse erforderlich sind.
Die Quanteninformatik wird in vielen Anwendungen verwendet, darunter für:
· Prognosen: Da die Quanteninformatik enorme Datensätze viel effizienter verarbeiten kann, sind Wetter- und Finanzprognosen sowohl genauer als auch zeitnaher.
· Verschlüsselung: Quantenprozessoren leisten schnelle Arbeit beim Knacken von Verschlüsselungsprotokollen – selbst von mit Supercomputern gestalteten – und sie werden zunehmend verwendet, um weniger ausgefeilte Protokolle durch solche zu ersetzen, die praktisch sicher vor Hackern sind.
· Automobile: Da Quantenalgorithmen auf der Erkennung von Mustern beruhen, sind sie äußerst nützlich bei der Analyse von Verkehrsströmen und der Umleitung des Verkehrs, wenn Staus vorhergesagt werden. Wenn das Fahrverhalten mit den Verkehrsmustern in einem Quantensystem kombiniert wird, ist die Programmierung autonomer Fahrzeuge außerdem viel zuverlässiger.
· Biologie/Medizin: Unzählige medizinische Studien stützen sich auf Quantenprozessoren, von groß angelegten Verhaltensanalysen bis hin zu zellulären Experimenten im Mikrobereich, wie z. B. genetische Studien, bei denen lange Aminosäurenketten analysiert werden, um krankheitsverursachende Sequenzen zu lokalisieren oder um herauszufinden, wie die Proteine gefaltet werden können, um ihr Verhalten zu verändern.
HPE und die Quanteninformatik
Da Unternehmen riesige Datenmengen sehr schnell und mit sehr wenig Energie verarbeiten müssen, hat das Interesse an der Erforschung der Quanteninformatik eine Steigerung erfahren. Das liegt daran, dass die zukünftigen Herausforderungen im Bereich des Computing nicht mehr mit einer immer größeren Anzahl an Allzweckrechnern bewältigt werden können. Wer sich jedoch darauf verlässt, dass die Quanteninformatik seine Probleme in den Bereichen Big Data, KI und Analyse löst, wird sehr lange warten müssen.
Stattdessen arbeiten wir bei HPE an neuen Formen des Computing, die auf bestimmte Workloads ausgerichtet sind, um diese Herausforderungen anzugehen, und wir nennen sie Beschleuniger. Diese speziellen Computing-Engines – oder Beschleuniger – sind in der Lage, bestimmte Computing-Aufgaben erheblich schneller und mit deutlich weniger Energie zu lösen. Wir bieten eine Reihe von Beschleunigern an, die unseren Kunden einen Vorsprung bei ihren KI-Analysen zur Lösung realer Unternehmensaufgaben verschaffen.
Was die nächsten Herausforderungen angeht, so sehen wir zwar, dass die Quanteninformatik ein unglaubliches Potenzial zur Lösung bestimmter Probleme hat, aber diese Probleme betreffen die meisten Unternehmen nicht. Die Quanteninformatik wird eine sehr leistungsfähige Technik für die Lösung einer engen Klasse von Problemen in wichtigen Bereichen wie der Materialwissenschaft und der Arzneimittelentwicklung sein, insbesondere für die Modellierung von Quantensystemen. Für bestimmte Anwendungen wie die Modellierung von Molekülen zur Entwicklung neuer Materialien und Arzneimittel können Quanteninformatik-Rechner Dinge tun, die selbst die leistungsstärksten Supercomputer von heute nicht können.
Zu diesem Zweck hat HPE in IonQ investiert, ein spannendes Startup-Unternehmen, das sich schnell zu einem führenden Akteur auf dem aufstrebenden Markt der Quanteninformatik entwickelt. Wir haben in IonQ investiert, weil wir der Meinung sind, dass sich das Unternehmen schnell zu einem der führenden Akteure auf dem aufstrebenden Markt der Quanteninformatik entwickelt und weil wir glauben, dass ihr Ansatz, der gefangene Ionen anstelle von supraleitenden Verbindungen für die Herstellung von Qubits verwendet, der vielversprechendste Weg ist, um wirklich nützliche Systeme herzustellen. Wir sehen eine Zukunft, in der HPE Kunden Quantenbeschleuniger genauso einfach auswählen können wie jede andere Art von Computing und Quanteninformatik – auf einer As-a-Service-Basis. In einer Welt, in der Quanteninformatik nur eine von vielen flexiblen Computingoptionen ist, möchte HPE eine führende Rolle einnehmen. Wir glauben, dass IonQ uns dabei helfen wird.