Die Erforschung der Quantenüberlegenheit: Auf dem Weg zu einer Supercomputing-Revolution

Quantenüberlegenheit bedeutet, dass Quantencomputer bei bestimmten Problemen Vorteile gegenüber herkömmlichen klassischen Computern erzielt haben und damit ihre enorme Rechenleistung auf offensichtliche und signifikante Weise unter Beweis stellen. Es handelt sich um einen Meilenstein auf dem Gebiet des Quantencomputings, der zeigt, dass Quantencomputer in bestimmten Situationen herkömmliche Computer übertreffen und bei entsprechenden Problemen einen Vorteil erlangen können.

Zur Veranschaulichung verwenden wir eine Analogie: Angenommen, Sie und Ihr Freund müssen beide ein sehr komplexes mathematisches Problem lösen. Sie lösen das Problem mit herkömmlichem Papier und Stift (ähnlich einem klassischen Computer), während Ihr Freund einen brandneuen Zauberstift verwendet (ähnlich einem Quantencomputer). Diese Matheaufgabe ist für Sie sehr schwierig und es kann lange dauern, bis Sie die Antwort finden. Aber Ihr Freund hat die Antwort ganz einfach mit dem Filzstift gefunden, und es ging sehr schnell, nur ein paar Sekunden.

In diesem Beispiel stellen Sie den herkömmlichen Computer dar und Ihr Freund verwendet einen Filzstift, um den Quantencomputer darzustellen. Quantenüberlegenheit bedeutet, dass Quantencomputer für bestimmte Probleme schnell Antworten finden können, während herkömmliche Computer Jahre, Tausende von Jahren oder sogar noch länger brauchen, um dieselbe Aufgabe zu erledigen.

Warum sind Quantencomputer so schnell?

Stellen Sie sich vor, wir müssen durch ein komplexes Labyrinth navigieren. Herkömmliche Computer sind wie ein fleißiger kleiner Mann, der an Kreuzungen ständig Entscheidungen trifft, erkundet und Schritt für Schritt vorankommt. Wenn sie einmal falsch abbiegen, müssen sie umkehren und noch einmal von vorne beginnen, was viel Zeit und Energie kostet. Der Supercomputer ist zwar auch ein kleiner Mann, aber er bewegt sich schneller und effizienter. Obwohl er den Ausgang schneller finden kann, erkundet er ihn im Wesentlichen immer noch Schritt für Schritt.

Quantencomputer sind völlig anders. Ihr kleiner Mann ist ein magischer Meister der Klone, genau wie Sun Wukong sich in viele kleine Affen verwandeln kann. Wenn es auf eine Weggabelung stößt, muss es keine Entscheidung treffen. Es kann sich gleichzeitig in mehrere Selbste aufspalten, und jedes Selbst gelangt zu einer anderen Weggabelung. Auf diese Weise können Quantencomputer mehrere parallele Berechnungen gleichzeitig durchführen, was zu einer exponentiellen Effizienzsteigerung führt.

Um es in der Sprache der Grundschulmathematik zu erklären: Angenommen, wir möchten a*b*c*d*e*f berechnen. Ein herkömmlicher Computer muss a*b der Reihe nach berechnen und dann das Ergebnis mit c, dann mit d usw. multiplizieren. Dies ist ein schrittweiser Ansatz. Quantencomputer können jedoch Berechnungen von a*b, c*d und e*f gleichzeitig durchführen, wodurch die Berechnungszeit erheblich verkürzt wird. Aus diesem Grund sind Quantencomputer herkömmlichen Computern in bestimmten Bereichen der Datenverarbeitung so weit voraus, dass ihre Geschwindigkeiten unglaublich hoch sind.

Es ist erwähnenswert, dass Quantenüberlegenheit nicht bedeutet, dass Quantencomputer klassische Computer vollständig übertroffen haben. Es zeigt lediglich, dass Quantencomputer bei bestimmten Problemen Vorteile haben. Beispielsweise wurde der Quantencomputer „Jiuzhang“ meines Landes speziell zur „Lösung des Gaußschen Bosonen-Sampling“ entwickelt. Es löst solche speziellen Probleme sehr schnell, ist jedoch bei anderen Computeraufgaben möglicherweise nicht so schnell wie die Computer und Mobiltelefone in unseren Händen. Man kann sagen, dass alle aktuellen Quantencomputer immer noch Spezialcomputer sind und allgemeine Probleme nicht wie klassische Computer lösen können.

Tatsächlich wäre die treffendere Bezeichnung für Quantenhegemonie „Quantenüberlegenheit“. Der Begriff betont die Vorteile, die Quantencomputer bei bestimmten Aufgaben aufweisen, und nicht die absolute Überlegenheit. Dieser Name entspricht eher der wissenschaftlichen Objektivität und spiegelt auch die tatsächlichen Fähigkeiten und Anwendungsbereiche von Quantencomputern genauer wider.

Quelle: Chongqing Radio Science Popularization Experience Center

Prüfungsexperte: Yang Wenyan

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