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Quantencomputing ist längst kein Science Fiction mehr. Die Technologie hat das Potenzial, die Grenzen dessen, was wir mit herkömmlichen Computern erreichen können, zu sprengen. Alles rund um das Thema finden Sie im neuen it-daily Weekend.
Wer sich mit Quantencomputing beschäftigt, der stößt unweigerlich auf eine ganze Reihe von Fachtermini. Was verbirgt sich hinter den Begriffen und Grundlagen?
Was ist Quantenphysik?
Quantenphysik ist ein Zweig der Physik, der das Verhalten von subatomaren Teilchen wie Elektronen und Photonen beschreibt. Sie basiert auf den grundlegenden Prinzipien der Quantenmechanik, die Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt wurden. Die Quantenphysik unterscheidet sich von der klassischen Physik, da sie auf Wahrscheinlichkeiten und Superpositionen beruht. Sie besagt, dass Teilchen sich nicht nur an einem bestimmten Ort befinden, sondern gleichzeitig an verschiedenen Orten sein können. Sie beschreibt auch Phänomene wie Verschränkung, bei dem Teilchen miteinander verbunden sind und sich in einem gemeinsamen Zustand befinden, unabhängig von ihrer Entfernung voneinander. Die Quantenphysik hat zu revolutionären Entdeckungen und Technologien geführt, wie beispielsweise Quantencomputer und Quantenkommunikation.
Worum geht es bei Quantenkryptografie?
Während die Quantenphysik das fundamentale wissenschaftliche Gebiet darstellt, das die Grundlagen für die Quantenkryptografie liefert, ist Quantenkryptografie eine Anwendung der Quantenphysik, die speziell auf die Sicherheit der Kommunikation abzielt.
Wie funktionieren Quantencomputer?
Herkömmliche Computer, die wir heute nutzen, arbeiten mit Bits, den kleinsten Informationseinheiten, die entweder den Wert 0 oder 1 annehmen können. In einem Quantencomputer hingegen werden Informationen in sogenannten Quantenbits oder Qubits dargestellt. Qubits haben die erstaunliche Eigenschaft, dass sie nicht nur den Wert 0 oder 1 annehmen können, sondern auch eine Mischung aus beidem gleichzeitig sein können. Dies wird als Superposition bezeichnet.
Was ist Superposition?
Die Superposition ist eines der zentralen Konzepte im Quantencomputing und ermöglicht es Quantencomputern, gleichzeitig eine Vielzahl von Berechnungen durchzuführen. Während herkömmliche Computer Berechnungen nacheinander durchführen, kann ein Quantencomputer eine enorme Menge an Informationen parallel verarbeiten. Diese Fähigkeit verspricht eine exponentielle Steigerung der Rechenleistung und eröffnet neue Möglichkeiten für komplexe Berechnungen in Bereichen wie Kryptographie, Optimierung, Simulationen und maschinellem Lernen.
Was ist Quantenverschränkung?
Ein weiteres faszinierendes Phänomen im Quantencomputing ist die Verschränkung oder Entanglement. Verschränkte Qubits können in einer Weise miteinander verbunden sein, dass der Zustand des einen Qubits den Zustand des anderen Qubits beeinflusst, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Dies bedeutet, dass Veränderungen an einem Qubit sofort auf andere Qubits übertragen werden können. Die Verschränkung ermöglicht es Quantencomputern, komplexe Probleme schneller zu lösen, indem sie Informationen gleichzeitig über eine große Anzahl von Qubits verteilen.
Der Status quo
Obwohl das Quantencomputing ein vielversprechendes Potenzial hat, steht die Technologie noch am Anfang ihrer Entwicklung. Die Realisierung eines voll funktionsfähigen Quantencomputers stellt große Herausforderungen dar, da Qubits äußerst empfindlich gegenüber Störungen von ihrer Umgebung sind und die Aufrechterhaltung von Superposition und Verschränkung eine präzise Kontrolle erfordert. Dennoch haben Forscher auf der ganzen Welt bedeutende Fortschritte erzielt, und Unternehmen wie IBM, Google und Microsoft investieren intensiv in die Entwicklung von Quantencomputern. Besonders die USA und Kanada geben in diesem Bereich den Takt vor.
Die Aussicht auf einen Quantencomputer, der komplexe Probleme in kürzester Zeit lösen kann, ist unglaublich aufregend. Stellen Sie sich vor, wir könnten optimale Lösungen für komplexe Logistikprobleme finden, neue Medikamente entdecken, fortschrittliche künstliche Intelligenz entwickeln oder die Verschlüsselungstechnologie auf eine völlig neue Ebene bringen. Das Quantencomputing hat das Potenzial, viele Bereiche unseres Lebens zu revolutionieren und uns zu erstaunlichen wissenschaftlichen und technologischen Durchbrüchen zu führen.
Das Quantencomputing ist eine aufregende Reise, die gerade erst begonnen hat. In dieser kurzen Einführung haben wir nur an der Oberfläche des Quantencomputings gekratzt. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, laden wir Sie dazu ein, tiefer in diese spannende Welt einzutauchen – mit unserem it-daily Weekend.
Direkt über diesen Link gelangen Sie zu den Artikeln: https://www.it-daily.net/spezial/quantencomputing
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Inhalte des it-daily Weekend
Quantencomputing einfach erklärt
Ist Quantencomputing Realität oder reine Science-Fiction? Existieren Quantencomputer bereits und wenn ja, wie funktioniert die Technologie?
Quantencomputing – Wie man Identitäten am besten darauf vorbereitet
Quantencomputing stellt die zuständigen Abteilungen bei den Themen Sicherheit und Identität zweifellos vor zahlreiche Herausforderungen. Trotzdem können wir schon jetzt einige Maßnahmen ergreifen, um uns vorzubereiten.
So wird das Quantencomputing die Welt verändern
Dank ihrer Fähigkeit, komplexe Optimierungsprobleme zu lösen, könnte die Quanteninformatik weitreichende Auswirkungen auf viele Branchen haben.
Die Schlüsselspieler des Quantencomputing
Im Rennen um die Entwicklung von Quantencomputern zeichnet sich ein Wettstreit um die Vorherrschaft ab. Es ist schwer, einen klaren Spitzenreiter zu identifizieren, diese fünf Kandidaten stechen aber schon jetzt als die Big Player hervor.
Krypto-Algorithmen quantenresistent absichern
Bislang kann noch kein Quantencomputer Verschlüsselungs-Algorithmen brechen. Sobald dies möglich sein wird (und je nach Informationsquelle ist das mal näher und mal weiter entfernt), wird es eine Vielzahl von Protokollen geben, die geknackt werden können.
Google-Quantencomputer ist “47 Jahre” schneller als schnellster Supercomputer
Google hat einen Quantencomputer entwickelt, der in kürzester Zeit Berechnungen durchführt, für die die besten bestehenden Supercomputer 47 Jahre bräuchten
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Quantenverschlüsselung verursacht Kopfschmerzen
Quantencomputing hat das Potenzial, eine der bahnbrechendsten Innovationen zu werden. Es könnte das Ende der asymmetrischen (Public-Key-)Kryptographie bedeuten.
Risiken und Herausforderungen von Quantencomputing
Welche Probleme ergeben sich durch die Verbreitung von Quantencomputern? Hier einige Beispiele.
Maschinenidentitäten bei Postquanten-Verschlüsselung Priorität einräumen
Das European Policy Center hat ein Strategiepaper zur Vorbereitung auf eine Postquanten Cybersicherheits-Welt vorgestellt.
