Ist DAS, das Ende von Quanten Computern?

zu Beginn des Jahres haben einige Experimente von Forschern am ccq etwas völlig unglaubliches erreicht sie haben die Grenzen dessen was man mit dem klassischen Rechner also einem gewöhnlichen Computer machen konnte gesprengt die altmodische benäre Technologie der normalen Computer knackte nicht nur ein Problem das als einzigartig für die quantenverarbeitung galt sondern übertraf diese sogar um ein Vielfaches wie war das möglich ein Quantencomputer sollte doch um so vieles leistungsfähiger sein als ein gewöhnliches binäres System und dennoch scheint hier eine kleine Revolution stattgefunden zu haben macht das Quantencomputer überflüssig nun um zu verstehen warum das so erstaunlich ist müssen wir kurz die grundlegenden Unterschiede zwischen den klassischen Computern und Quantencomputern erklären klassische Computer arbeiten mit Bits also eine Einheit die entweder den Zustand 0 oder 1 annehmen kann all die Berechnungen die ein Computer durchführt basieren auf Kombinationen dieser 0 und 1 Zustände was bedeutet dass er bei komplexen Aufgaben viele Schritte hintereinander durchführen muss Quantencomputer hingegen basieren auf Bits die nicht nur in den Zuständen 0 und 1 existieren können sondern auch in einer sogenannten Überlagerung von beiden gleichzeitig man kann sich das wie einen Lichtschalter vorstellen bei einem PC muss er entweder Null oder ein sein damit es irgendwer lesen kann doch in einem Quantencomputer ist er gleichzeitig an und aus er kann beides sein ein Zustand der für klassischeer Computer unmöglich ist dank dieser Überlagerung können Quantencomputer viele wirklich viele mögliche Zustände gleichzeitig berechnen und komplexe Probleme extrem effizient lösen die bei einem klassischen Computer viel Zeit benötigen werden herzeit ein Team von Physikern am flattiron Institute in in USA untersucht warum klassische Computer bei einer Aufgabe so gut abgeschnitten haben die eigentlich für Quantencomputer gedacht war was ist hier also wirklich passiert das besprechen wir in dieser Episode also bleib dran [Musik] [Applaus] [Musik] also um diese Leistung zu verstehen muss man sich zunächst das Problem selbst ansehen es handelt sich um die Simulation der Dynamik eines sogenannten transversalfeld Ising Modells kurz TFI stell dir vor du willst das Verhalten von Magneten simulieren die in einem bestimmten Muster aufgestellt sind und jeweils entweder nach oben oder nach unten ausgereichtet sind in der Physik spricht man hier von Spins die in eine bestimmte Richtung zeigen diese Ausrichtung kann sich verändern das merken wir mal kurz okay das eisingmell hingegen ist ein mathematisches Modell das ursprünglich in der Statistik und Physik entwickelt wurde um Magnetismus zu beschreiben es geht darum wie sich magnetische Spins also die Ausrichtung von Teilchen unter bestimmten Bedingung anordnen und Verhalten doch beim transversalfeldisingmell handelt es sich um eine erweiterte Form des Modells die an die Quantenphysik angepasst ist also bei dem zusätzlich ein transversalfeld ins Spiel kommt dieses zusätzliche Feld verändert die Wechselwirkung zwischen den Spins der Teilchen und sorgt für eine interessante und dynamische effekterweiterung so beschreibt das TFI Modell die Ausrichtung und Wechselwirkung von Spins in einem Teilchen Array das durch verschiedene physikalische Faktoren beeinflusst wird was vereinfacht auszudrücken heißt das transversalfeld einmodell beschreibt wie sich die Ausrichtung von Spins also die kleinen magnetischen Momente die wir am Anfang besprochen haben in einem Netzwerk von Teilchen verhält normalerweise sind die Spins in einem System entweder ausgerichtet oder entgegengesetzt und in diesem Modell kommt nun ein zusätzliches Feld ins Spiel das die Spins beeinflusst sass sie nicht nur in eine Richtung zeigen dieses zusätzliche Feld verändert die Wechselwirkung zwischen den Spins und sorgt für komplexe Verhaltensweisen und interessante dynamische Effekte im System was das TFI Modell nicht nur zu einem theoretischen Konstrukt macht sondern auch eine praktische Herausforderung darstellt in der Quantenmechanik existieren nun mal diese teilchenzustände die sind unscharf sie sind nicht genau festgelegt was die Simulation und Berechnung auf klassischen Computern extrem schwierig macht doch Quantencomputer wurden speziell DAF entwickelt um mit solchen Problemen fertig zu werden da sie die Prinzipien der Quantenmechanik selbst nutzen wie Superposition und Verschränkung um natürlich die Berechnung viel schneller und effizienter als klassische Computer durchzuführen im quantencomputing würde ein Computer mit einer Vielzahl von Zuständen gleichzeitig arbeiten können wodurch er Probleme wie das TFI Modell viel schneller lösen könnte als ein klassischer Rechner doch dann kam der überraschende Durchbruch ein Team unter der Leitung von Joseph Tindle und D cells der Name ist schwierig von flat iron Institute zeigten das klassische Computer die traditionell nur mit 0 und 1 als Basis arbeiten ebenfalls in der Lage sind dieses quantenproblem zu lösen und nicht nur in galhage sind sie können es übertreffen wie war das möglich nun die Antwort liegt in einem Phänomen das als confinement bekannt ist confinement bezeichnet die Art und Weise wie Teilchen in einem System zusammengehalten werden es verhindert dass sich die Teilchen übermäßig ausbreiten oder entwirren was die Systemdynamik tatsächlich stabilisiert es ist wie ein Umhang das auf die Teilchen gelegt wird und das Ganze ein wenig klarer und deutlicher macht in einfachen Worten durch das eingesperrt sein der Teilchen entstehen sehr stabile Zustände die sich in einem Quanten oder klassischen System einfach nur leichter berechnen lassen man kann sich das wie ein tatsächlich puzzlteil vorstellen wenn man nur eine kleine Ecke eines riesigen chaotischen Puzzles lösen muss ist es viel einfacher als wenn man das gesamte unübersichtliche Puzzle auf einmal angehen muss in diesem speziellen Fall führten die Forscher ihre Berechnung so durch dass sie die Wechselwirkung zwischen den Teilchen im TFI Modell durch das Konzept von confinement einfacher darstellten sie lösten erst ein kleines Teilchen des Brüssels und nicht das ganze Teil auf einmal die Resultate zeigen dass der Zustand des Systems also die Anordnung der Teilchen nicht in einem chaotischen Zustand bleibt sondern in einer geordneten Struktur verhart die sich dann sehr langsam verändert das wirklich überraschende an der Arbeit der Forscher war dass sie zeigten dass das klassische Computermodell mit Hilfe von confinement die Berechnung des tifismodells genauso gut durchführen kann wie ein Quantencomputer und zwar sogar effizienter und präziser durch eine Reihe von Simulationen und Algorithmen konnten sie nachweisen dass die klassischen Systeme die normalerweise auf binären Berechnungen basieren durch confinement den erforderlichen Quantenzustand erreichen können ohne auf die komplexen und potenziell fehleranfälligen Methoden eines Quantencomputers zurückzugreifen wir können hier also sogar Fehler mit eliminieren es ist deutlich präziser es ist nicht so dass wir völlig neue Technologien erfunden haben das erklärt tindel wir haben einfach viele bestehende Ideen auf eine prnante und Weise kombiniert um das Problem zu lösen dabei war der entscheidende Punkt dass Sie erkannt haben wie wichtig die Begrenzung im TFI Modell ist und wie diese genutzt werden kann um das System berechenbar zu machen diese Entdeckung stellt die Erwartung und das Potenzial von Quantencomputern meiner Meinung nach ein wenig in Frage denn obwohl Quantencomputer theoretisch in der Lage sind Probleme wie das TFI Modell schneller zu lösen haben die Ergebnisse der Forscher gezeigt dass wir bestimmte Arten von Berechnung klassische Computer die Quantencomputer übertreffen können das TFI Modell zeigt uns dass es eine klare Grenze zwischen den Möglichkeiten von klassischen und Quantencomputern gibt das sagen die Forscher in einer Stellungsnahme Stellungsnahme stellungn Stellung egal im Moment ist diese Grenze allerdings noch ziemlich unscharf die Arbeit hilft dabei diese Grenze dann doch irgendwie klarer zu definieren und zu verstehen wo die Stärken und Schwächen beider Technologien liegen diese Entdeckung lässt vermuten dass für bestimmte auf Aufgaben klassische Computer weiterhin eine Rolle spielen werden auch wenn quantencomputing in anderen Bereichen der Wissenschaft und Technik die Zukunft prägen könnte trotzdem bleibt quantencomputing ein faszinierendes und mächtiges Werkzeug oder was meint ihr schreibt es mir in die Kommentare ich bedanke mich fürs zusehen und hoffe euch in der nächsten ach so ja die Forschung findet ihr natürlich unten in der Videobeschreibung wie immer ne einen Daumen nach oben hinterlassen das würde mich nämlich sehr unterstützen wenn ihr Bock habt unterstützt mich auf patreon bis dann ciao