Welche weiteren „Superkräfte“ kann das Quantencomputing aufweisen?

Quantencomputing rückt immer näher. Kürzlich hat der von Anhui Wentian Quantum Technology Co., Ltd. entwickelte und produzierte Quantenzufallszahlenchip WT-QRNG300 die Prüfung des Commercial Cryptography Testing Center der State Cryptography Administration bestanden und ist damit das erste Quantenzufallszahlenchipprodukt in China, das durch einen kommerziellen Kryptografiebericht zertifiziert wurde.

Obwohl Quantencomputing noch nicht in unserem Alltag angekommen ist, hat es in einigen spezifischen Bereichen erstaunliche „Superkräfte“ bewiesen.

Aufstrebend in mehreren Bereichen

Im Bereich der chemischen Simulation sowie der Materialforschung und -entwicklung ist das Quantencomputing wie ein Zauberer. Merck, ein deutsches Pharmaunternehmen, nutzt Quantencomputer, um die Molekularstruktur und mögliche chemische Reaktionen von Medikamenten zu erforschen. Das Quantenteam von Google hat seine Quantencomputer auch verwendet, um die Energiezustände einfacher Moleküle zu simulieren. BMW nutzt Quantencomputer zur Optimierung der Batteriechemie und bringt so neue Energie in die Verbesserung der Ausdauer und Ladeleistung von Elektrofahrzeugen.

Auch bei der Bereitstellung besserer Lösungen kommt Quantencomputing ins Spiel. Viele Fluggesellschaften nutzen Quantencomputer zur Optimierung der Routenplanung und des Flottenmanagements. Das ist vergleichbar mit der Suche nach der optimalen Lösung in einem „Labyrinth“ aus Millionen von Flugrouten und Flugplänen, wodurch Treibstoff und Zeit gespart werden. FedEx nutzt Quantencomputer außerdem, um Lieferrouten zu optimieren und Transportkosten sowie CO2-Emissionen zu senken.

In den Bereichen Kryptographie und Informationssicherheit hat das Quantencomputing den Schritt von der Theorie in die Praxis geschafft. mein Land hat ein Quantenkommunikationsnetzwerk auf Basis der Quantenschlüsselverteilung realisiert, das für hochsichere Kommunikation zwischen Banken verwendet wird; Projekte in einigen europäischen Ländern nutzen Quantennetzwerke auch für die militärische Kommunikation und den Schutz sensibler Daten, was dem Anlegen einer unzerstörbaren „Quantenrüstung“ für Informationen gleichkommt.

Darüber hinaus spielt Quantencomputing auch in Bereichen wie Finanzdienstleistungen, maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz eine wichtige Rolle. Es hilft Finanzinstituten, ihr Potenzial bei der Risikobewertung, Portfoliooptimierung und Marktsimulation auszuschöpfen und verleiht der Entwicklung der Finanzbranche neue Dynamik. Gleichzeitig haben viele Technologieunternehmen begonnen, die Anwendung des Quantencomputings in der künstlichen Intelligenz zu testen, in der Hoffnung, dadurch neue Durchbrüche in der Entwicklung der künstlichen Intelligenz zu erzielen.

Die großflächige Einführung steht vor zahlreichen Herausforderungen

Obwohl das Quantencomputing großes Potenzial hat, stehen noch zahlreiche Herausforderungen bevor, bevor es in großem Maßstab populär werden kann.

Zunächst einmal ist der Engpass bei der Hardwareentwicklung ein großes Problem. Quantenbits sind wie zarte Blumen, sie reagieren äußerst empfindlich auf ihre Umgebung und können bei der geringsten Vibration oder Temperaturänderung kaputtgehen. Dies erfordert, dass Quantencomputer unter Bedingungen nahe dem absoluten Nullpunkt (entspricht minus 273,15 Grad Celsius) arbeiten. Derzeit ist es noch schwierig, stabile und zuverlässige Quantencomputer herzustellen.

Zweitens sind auch die Kosten der Quantenfehlerkorrektur unglaublich hoch. Aufgrund der Fragilität von Quantenbits werden zur Fehlerkorrektur viele zusätzliche Bits benötigt. Genau wie bei der Ausführung einer Aufgabe können Tausende physikalischer Quantenbits erforderlich sein, um den normalen Betrieb einiger logischer Quantenbits zu unterstützen, was die Praktikabilität des Quantencomputings ernsthaft einschränkt.

Darüber hinaus sind die Algorithmen unterentwickelt. Heute sind nur eine Handvoll Quantenalgorithmen verfügbar und die meisten davon sind nur auf bestimmte Probleme anwendbar. Die Quantenprogrammierung unterscheidet sich stark von der klassischen Programmierung und Programmierer benötigen völlig neue Fähigkeiten und Denkmuster, um sich an diese Veränderung anzupassen. Es ist, als würde man eine neue Sprache von Grund auf lernen. es kostet viel Zeit und Mühe.

Noch wichtiger ist, dass die derzeitige solide Grundlage der klassischen Informatik nicht ignoriert werden kann. Nach Jahrzehnten der Entwicklung hat sich im klassischen Computing ein komplettes Ökosystem herausgebildet, das nahezu alle alltäglichen Computeranforderungen erfüllen kann. Im Gegensatz dazu ist die Hardware-, Software- und Anwendungsentwicklung des Quantencomputings noch sehr unausgereift und kann in breiteren, nicht spezifischen Computerbereichen nicht direkt mit dem klassischen Computing konkurrieren.

Die Zukunft wird endlose Möglichkeiten bieten

Trotz der vielen Herausforderungen bietet die Zukunft des Quantencomputings noch immer unendliche Möglichkeiten. Derzeit sieht es so aus, als würden Quantencomputer und klassische Computer in Zukunft noch lange zusammenarbeiten, wobei die klassischen Computer für alltägliche Aufgaben zuständig sein werden und die Quantencomputer hochkomplexe Probleme lösen. Mit dem technologischen Fortschritt und sinkenden Kosten könnte das Quantencomputing jedoch in einigen Bereichen das klassische Computing übertreffen und nach und nach in weitere Branchen vordringen.

Es ist absehbar, dass Wissenschaftler im Bereich der Astronomie Quantencomputer nutzen können, um das Verhalten von Schwarzen Löchern zu simulieren und dunkle Materie zu erforschen. im medizinischen Bereich könnten Forscher mithilfe von Quantencomputern möglicherweise die Entwicklung personalisierter Medikamente beschleunigen; Auch beim Quantenmaschinenlernen könnten neue Algorithmen zu einem neuen Motor für die Entwicklung künstlicher Intelligenz werden. Im Quanteninternet und in der Quantenkommunikation kann dieses auf Quantenverschränkung basierende Netzwerk eine völlig sichere Kommunikation ermöglichen. Im Bereich der Verbraucheranwendungen, auf die sich die Menschen mehr freuen, sind persönliche Geräte, die mit Mikroquantenchips ausgestattet sind, die Ver- und Entschlüsselung beschleunigen oder die Verarbeitung persönlicher Daten optimieren, keine Fantasie mehr.

Quantencomputing verändert unsere Welt mit seinem einzigartigen Charme und unbegrenzten Potenzial.

(Der Autor Liu Yanjia ist Ingenieur am Institut für Computertechnologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)