Quantencomputer: Ein dreistufiger Sprung vom Labor zur Veränderung der Welt

Quantencomputer waren in den letzten Jahren einer der heißesten Stars in der Technologiebranche. Es ist wie ein Supercomputer aus der Zukunft, der über Fähigkeiten verfügt, die jenseits der Fähigkeiten klassischer Computer unvorstellbar sind. Doch wie bei jeder neuen Technologie geschieht auch die Entwicklung von Quantencomputern nicht über Nacht, sondern erfordert eine lange Phase der Erkundung und Forschung. Wissenschaftler unterteilen die Entwicklung des Quantencomputings in drei Phasen.

Phase 1:

Ein Neuling, ein Probelauf

In der ersten Phase des Quantencomputings besteht unser Hauptziel darin, zu beweisen, dass Quantencomputer keine Science-Fiction sind, sondern eine real existierende Technologie. Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler einige schwierige Probleme entwickelt, die für klassische Computer schwer zu lösen sind, wie etwa „Gaußsches Boson-Sampling“ und „Random Circuit Sampling“. Diese schwierigen Probleme sind wie die „Martial Arts Conference“ für Quantencomputer. Nur indem sie diese besiegen, können sie ihre Stärke gegenüber klassischen Computern beweisen.

Nach einem harten Wettbewerb betrat Googles Quantencomputer „Sycamore“ als Erster die Bühne und löste erfolgreich das Problem der „Random Circuit Sampling“. Anschließend brachte die University of Science and Technology of China auch die Quantencomputerserien „Jiuzhang“ und „Zu Chongzhi“ auf den Markt und überwand damit sukzessive das Problem der „Gaußschen Bosonen-Sampling“. Diese Errungenschaften markieren den Beginn einer neuen Ära des Quantencomputings und haben die Welt begeistert.

Phase 2:

Konzentrieren Sie sich auf die Lösung der Probleme und lösen Sie sie einzeln nacheinander

Nach der Lösung der Herausforderung der „Wulin-Konferenz“ gaben Quantencomputer nicht auf, sondern strebten weiterhin umfassendere Ziele an. In der zweiten Phase besteht unsere Aufgabe darin, einen dedizierten Quantensimulator zu entwickeln, der speziell darauf ausgelegt ist, große wissenschaftliche Herausforderungen in einem bestimmten Bereich zu lösen und ein praktisches wissenschaftliches Problem zu lösen.

Im Bereich der Chemie beispielsweise können Quantencomputer komplexe chemische Reaktionen simulieren und uns so dabei helfen, wirksamere Katalysatoren und neue Materialien zu entwickeln. Im Bereich der Arzneimittelforschung und -entwicklung können Quantencomputer die Wechselwirkung zwischen Arzneimitteln und Proteinen simulieren und uns so dabei helfen, schneller Medikamente zur Behandlung von Krankheiten zu finden. Im Bereich der Materialwissenschaften können Quantencomputer die Mikrostruktur von Materialien simulieren und uns so dabei helfen, neue Materialien zu entwickeln, die stärker und leichter sind.

Diese spezialisierten Quantensimulatoren sind wie die „Spezialeinheiten“ von Quantencomputern und verfügen über leistungsstarke Fähigkeiten für spezifische Probleme. Ihr Aufkommen wird zu großen Durchbrüchen in der wissenschaftlichen Forschung führen und viele unvorstellbare innovative Anwendungen hervorbringen.

In dieser Zeit hat mein Land bedeutende Fortschritte in der Quantencomputerforschung gemacht. Dem Team unter der Leitung von Akademiker Pan Jianwei von der University of Science and Technology of China gelang es kürzlich, den Quantensimulator „Tianyuan“ für ultrakalte Atome zu bauen, um das Fermionen-Hubbard-Modell zu lösen, und erstmals den antiferromagnetischen Phasenübergang im System mit Simulationsfähigkeiten zu verifizieren, die die klassischer Computer übertreffen. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden am 10. Juli online in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Phase 3:

Das ultimative Ziel ist es, alle Feinde wegzufegen

Nach der Anhäufung der ersten beiden Stufen haben Quantencomputer endlich ihr ultimatives Ziel erreicht: einen universellen fehlertoleranten Quantencomputer. Dieser „ultimative Krieger“ wird über endlose Rechenleistung verfügen und in der Lage sein, jedes Problem zu lösen, das derzeit von Computern gelöst werden kann. Dabei wird er nicht durch Faktoren wie Umgebungslärm beeinträchtigt.

Wenn wir über einen solchen Quantencomputer verfügten, könnten wir problemlos die komplexesten derzeit verfügbaren Codes knacken, eine perfekte Proteinstruktur entwerfen und sogar die Funktionsweise des gesamten Universums simulieren. Dies wird die menschliche Produktion und Lebensweise völlig verändern und ein neues Kapitel in der wissenschaftlichen und technologischen Entwicklung aufschlagen.

Quelle: Chongqing Radio Science Popularization Experience Center

Prüfungsexperte: Zhang Qiyi

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