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Die Unterschiede zwischen Quanten- und klassischem Computing
Quantencomputing ist eine viel diskutierte Technologie, die noch nicht marktreif ist. Erfahren Sie, welche Neuerungen es gibt und wie sich Quantencomputing vom Computing unterscheidet.
Wenn innovative Technologien auf den Markt kommen, polarisiert sich die öffentliche Meinung oft. Es bilden sich zwei Lager - die Befürworter, die an den Erfolg und die Verbreitung der Neuerungen glauben, und die Skeptiker, die daran zweifeln.
Diese Spaltung ist ein natürlicher Prozess, denn neue Technologien unterscheiden sich meist deutlich vom Status quo. Um für den Wandel gewappnet zu sein, ist es essenziell, die Unterschiede zur bestehenden Technologie zu verstehen.
Die klassische Datenverarbeitung war jahrzehntelang die Norm, aber in den letzten Jahren hat sich die Quanteninformatik rasant weiterentwickelt. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, hat aber bereits bestehende und viele weitere potenzielle Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen künstliche Intelligenz, Machine Learning, Cybersicherheit, Modellierung und anderen Anwendungen.
Es könnte noch Jahre dauern, bis das Quantencomputing auf breiter Basis Einsatz findet. Wir erklären die Unterschiede zwischen klassischem und Quantencomputing, um ein Verständnis dafür zu erlangen, sollte sich die Technologie weiterverbreiten.
Wie unterscheiden sich klassisches Computing vom Quantencomputing?
Quantencomputer müssen aufgrund der Quantenmechanik in der Regel unter strengeren physikalischen Bedingungen arbeiten als klassische Computer. Klassische Computer haben eine geringere Rechenleistung als Quantencomputer und lassen sich nicht so leicht skalieren. Außerdem verwenden sie unterschiedliche Dateneinheiten – klassische Computer verwenden Bits, Quantencomputer verwenden Qubits.
Dateneinheiten: Bits und Bytes im Vergleich zu Qubits
Klassische Computer verarbeiten Daten auf binäre Weise.
Klassische Computer verwenden Bits – acht Bits sind ein Byte – als Grundeinheit von Daten. Klassische Computer schreiben den Code binär als 1 oder 0. Einfach ausgedrückt, zeigen diese 1en und 0en den Zustand ein oder aus an (wahr oder falsch).
Man nennt dies serielle Verarbeitung, weil eine Operation abgeschlossen sein muss, bevor eine andere folgt. Bei zu vielen Anfragen kann es daher lange dauern, bis diese eine nach der anderen abgearbeitet sind. Viele Rechensysteme verwenden deshalb die Parallelverarbeitung, eine Erweiterung der klassischen Verarbeitung, bei der Rechenaufgaben beinahe zeitgleich laufen. Klassische Computer liefern auch immer nur ein Ergebnis, da Bits aus 1en und 0en aufgrund ihrer binären Natur wiederholbar sind.
Die Quanteninformatik hingegen folgt anderen Regeln. Quantencomputer verwenden Qubits als Dateneinheit. Im Gegensatz zu Bits können Qubits den Wert 1 oder 0 annehmen, aber auch gleichzeitig 1 und 0 sein, das heißt in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren. Dies ist als Superposition bekannt, bei der die Eigenschaften erst bei der Messung definiert werden.
Laut IBM können Gruppen von Qubits in Superposition komplexe, mehrdimensionale Rechenräume schaffen, die komplexere Berechnungen abbilden. Wenn Qubits verschränkt werden, wirken sich Änderungen an einem Qubit direkt auf das andere aus, wodurch die Informationsübertragung zwischen Qubits viel schneller wird.
In klassischen Computern müssen Algorithmen viele parallele Berechnungen durchführen, um Probleme zu lösen. Quantencomputer können mehrere Ergebnisse berücksichtigen, wenn sie Daten mit einer großen Anzahl von Beschränkungen analysieren. Die Ergebnisse haben jeweils eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, auf deren Basis sich Entscheidungen treffen lassen. Quantencomputer können dadurch kompliziertere Rechenaufgaben lösen als klassische Computer.
Leistungsvergleich von klassischen Computern und Quantencomputern
Die meisten klassischen Computer arbeiten mit Boolescher Logik und Algebra, und die Leistung steigt linear mit der Anzahl der Transistoren im System – den 1en und 0en. Diese direkte Beziehung bedeutet, dass die Leistung eines klassischen Computers im Verhältnis 1:1 mit der Anzahl der Transistoren im System zunimmt.
Da die Qubits von Quantencomputern gleichzeitig eine 1 und eine 0 darstellen können, steigt die Leistung eines Quantencomputers im Verhältnis zur Anzahl der Qubits exponentiell an. Aufgrund der Überlagerung beträgt die Anzahl der Berechnungen, die ein Quantencomputer durchführen kann, 2N, wobei N die Anzahl der Qubits ist.
Betriebsumgebungen
Klassische Computer sind für den täglichen Gebrauch und normale Bedingungen gut geeignet. Man denke nur an so etwas Einfaches wie einen Standard-Laptop. Die meisten Menschen können ihren Computer aus der Aktentasche nehmen und ihn in einem klimatisierten Café oder an einem sonnigen Sommertag auf der Veranda benutzen. In diesen Umgebungen wird die Leistung bei normalen Anwendungen wie dem Surfen im Internet und dem Senden von E-Mails über kurze Zeiträume nicht beeinträchtigt.
Rechenzentren und größere Computersysteme sind komplexer und reagieren empfindlicher auf die Temperatur, bewegen sich aber immer noch im Rahmen dessen, was die meisten Menschen als normale Temperatur bezeichnen würden, zum Beispiel die Raumtemperatur. Die ASHRAE empfiehlt beispielsweise für Hardware der Klassen A1 bis A4 eine Temperatur von 18 bis 27 Grad Celsius.
Einige Quantencomputer müssen jedoch in stark regulierten und besonderen physikalischen Umgebungen untergebracht werden. Einige müssen am absoluten Nullpunkt gehalten werden, der bei -273,15 Grad Celsius liegt. Quantum Brilliance hat vor kurzem den ersten Computer mit Raumtemperatur entwickelt.
Der Grund für die kalten Betriebsumgebungen ist, dass Qubits extrem empfindlich gegenüber mechanischen und thermischen Einflüssen sind. Störungen führen dazu, dass die Atome ihre Quantenkohärenz verlieren – also die Fähigkeit des Qubits, sowohl eine 1 als auch eine 0 darzustellen – was zu Fehlern führt.
Warum Unternehmen Quantencomputing im Auge haben sollten
Wie die meisten Technologien birgt auch die Quanteninformatik Chancen und Risiken. Auch wenn es noch eine Weile dauern wird, bis sich Quantencomputer wirklich durchsetzen, sollten Sie bereits jetzt Gespräche mit der Unternehmensleitung führen und Pläne für Quantencomputer entwickeln.
Unternehmen, die nicht planen, Quantencomputer einzusetzen, müssen sich dennoch auf die externen Bedrohungen vorbereiten, die von Quantencomputern ausgehen. Erstens sind Quantencomputer in der Lage, selbst die leistungsfähigsten und fortschrittlichsten Sicherheitsmaßnahmen zu knacken. Ein Hacker, der motiviert genug ist, kann beispielsweise theoretisch mit Quantencomputern die in der Verschlüsselung verwendeten kryptografischen Schlüssel schnell knacken.
Darüber hinaus müssen Unternehmen, die Quantencomputer für ihre Rechenzentren oder bestimmte Anwendungen in Betracht ziehen, die entsprechenden Einrichtungen vorbereiten. Wie jede andere Infrastruktur benötigen auch Quantencomputer Platz, Strom und Ressourcen für ihren Betrieb. Beginnen Sie mit der Prüfung der verfügbaren Optionen, um sie unterzubringen. Berücksichtigen Sie das Budget, den Platz-, Anlagen- und Personalbedarf, um mit der Planung zu beginnen.
