{"id":92800,"date":"2019-12-17T13:22:39","date_gmt":"2019-12-17T13:22:39","guid":{"rendered":"http:\/\/prod.novarion.systems\/unkategorisiert\/handbuch-kuenstliche-intelligenz\/"},"modified":"2022-10-18T14:16:21","modified_gmt":"2022-10-18T14:16:21","slug":"handbuch-kuenstliche-intelligenz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.novarion.systems\/de\/news\/handbuch-kuenstliche-intelligenz\/","title":{"rendered":"Handbuch K\u00fcnstliche Intelligenz"},"content":{"rendered":"

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TREND REPORT will aktiv mithelfen Informationen, Erfahrungen und Wissen rund um das Thema Digitalisierung f\u00fcr alle frei zug\u00e4nglich zu gestalten. Das Handbuch KI besch\u00e4ftigt sich mit den neuen Technologien und ihren Auswirkungen auf die wichtigsten Branchen. In dem Open-Content-Werk stellen Journailsten und Gastautoren aus Wissenschaft und Wirtschaft innovative Entwicklungen und deren Anwendungspotenzial im B2B- und B2C-Bereich vor.<\/p>\n

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Weitere Informationen<\/a> <\/div>\n<\/div>\n

Kapitel 3.8: Quantencomputing <\/strong><\/p>\n

Autor: Georg Gesek<\/strong><\/p>\n

Quantencomputing schon heute! <\/b><\/p>\n<\/div>\n

Was ist Quantencomputing?<\/strong><\/p>\n

Die Computer in unserem Alltag sind sogenannte Turing Maschinen, genannt nach dem englischen Mathematiker und Computerpionier Alan Mathison Turing. Diese Rechenmaschinen zeichnen sich dadurch aus Zahlen, welche in unseren heutigen Systemen bin\u00e4r dargestellt werden, als Befehle f\u00fcr die Manipulation von Daten, welche wiederum andere Zahlen darstellen, zu verstehen.<\/p>\n

Damit gelingt es heute sehr leistungsf\u00e4hige Computer zu bauen, die mittels eines Programm-Codes bin\u00e4re, also aus blo\u00df 2 Zeichen, z.B. 0 & 1, zusammengesetzte Daten sehr schnell manipulieren k\u00f6nnen. Diese Manipulationen nennen wir logische Verkn\u00fcpfungen, oder auch Gatter, wenn wir vom physikalischen Aufbau dieser Recheneinheiten sprechen. Ein sehr oft eingesetztes Beispiel ist das NAND Gatter, welches aus zwei Eingangszust\u00e4nden einen Ausgangszustand erzeugt. Nachdem es sich dabei um bin\u00e4re Zust\u00e4nde, sogenannte Bits (Kunstwort aus \u201ebinary digit\u201c) handelt, ergibt sich ein Eingangsmuster mit 4 M\u00f6glichkeiten (0\/0; 0\/1; 1\/0; 1\/1), wogegen der Ausgang blo\u00df 2 m\u00f6gliche Zust\u00e4nde (also entweder 0 oder 1) besitzt. Im Falle des NAND Gatters ist der Ausgangszustand immer 1, es sei denn, beide Eingangszust\u00e4nde sind 1, in dem Fall wird der Ausgang zu 0 (\u201eNot AND\u201c Verkn\u00fcpfung). Daher lassen sich Rechenoperationen mit logischen Gattern in Turing Maschinen in der Regel nicht mehr umkehren, da Information verloren geht. Genauso l\u00e4sst sich auch der Datenspeicher l\u00f6schen.<\/p>\n

Somit sind Entit\u00e4ten in Turing Maschinen, wie z.B. im Falle einer Virtuellen Realit\u00e4t, anders geartet als solche in unserem physikalischen Universum. Oder haben Sie schon einmal erlebt, dass ein Gegenstand pl\u00f6tzlich aus dem Universum verschwindet, weil die Information \u00fcber ihn gel\u00f6scht wurde?<\/p>\n

Tats\u00e4chlich wissen wir heute, dass die Information aus welche unsere Realit\u00e4t besteht prinzipiell nicht gel\u00f6scht werden kann. Ja sie kann nicht einmal kopiert werden! Es handelt sich bei der Information \u00fcber einen Gegenstand oder seiner Elementarteilchen, aus denen dieser besteht, daher um eine andere Qualit\u00e4t als bei den Bits in einem klassischen Computer: Diese Qualit\u00e4t bezeichnen wir als Quanteninformation.<\/p>\n

Die Erkenntnisse \u00fcber die Quanteninformation seit Beginn des 21. Jahrhunderts sind bemerkenswert. Die Menschen haben mittlerweile Technologien entwickeln, mit welchen wir diese Quanteninformation gezielt manipulieren k\u00f6nnen: Diese fassen wir unter dem Begriff Quantentechnologie zusammen.<\/p>\n

Ein Quantencomputer ist nun nichts anderes als eine Maschine zur kontrollierten Manipulation von Quanteninformation, mit dem Ziel ein zuvor festgelegtes Programm, also einen Algorithmus ablaufen zu lassen. Der Algorithmus dient dann der Abarbeitung einer Rechenaufgabe, welche im Sinne des Programms ein konkretes Problem l\u00f6st, wof\u00fcr dieses geschrieben wurde.<\/p>\n

Daher unterscheidet sich der Zweck eines Quantencomputers durch nichts von dem einer Turing Maschine. Warum werden dann von IBM, Google, Microsoft aber auch Start-ups wie Rigetti oder mein eigenes Unternehmen NOVARION solch gigantische Anstrengungen unternommen einen universell einsetzbaren Quantencomputer zu bauen?<\/p>\n

Ohne nun wissen zu m\u00fcssen, wie ein Quantencomputer im Detail funktioniert, ist eines bereits klar, und eine weitere ungeheuerliche Erkenntnis des 21. Jahrhunderts: Unsere Realit\u00e4t ist offensichtlich nichts anderes als das Rechenergebnis eines gigantischen Quantencomputers, den wir Universum nennen!<\/p>\n

Vor diesem Hintergrund k\u00f6nnen wir jetzt auch verstehen, dass bereits ein kleiner Teil des Universums, welchen wir technologisch kontrollieren k\u00f6nnen und als vom Menschen gebauter Quantencomputer verstehen, eine ungeheure Rechenleistung besitzen muss. Und mehr noch: Quanteninformatik muss die effizienteste Art sein um ein physikalisches System zu berechnen. G\u00e4be es einen einfacheren Algorithmus, w\u00fcrde ihn unser Universum verwendet haben.<\/p>\n

Daher ist der Bau eines universellen Quantencomputers so reizvoll: Wegen der schieren potenziellen Rechenleistung. Im \u00dcbrigen bezieht sich der Begriff \u201euniversell\u201c auf die Art der Quanten-Gatter, also der m\u00f6glichen logischen Verkn\u00fcpfungen von Quanteninformation. Diese soll in einer solchen Maschine prinzipiell unbegrenzt m\u00f6glich sein, ganz so, wie auch Alan Turing formal bewiesen hat, dass sein Computer alle m\u00f6glichen Algorithmen im Universum auch prinzipiell berechnen kann.<\/p>\n

Aber halt: Das bedeutet doch auch, dass eine Turing Maschine Quantenalgorithmen berechnen k\u00f6nnen muss. Das ist auch so! Aber wie der Physiknobelpreistr\u00e4ger f\u00fcr die Entwicklung der Quantenelektrodynamik, Richard Feynman bereits Anfang der 1980er Jahre bemerkte: \u201eWhy do all my computer simulations of quantum physics take so long? Why we can\u2019t use native Quantum Computers?\u201c Soweit wir wissen, hat Feynman damit das erste Mal \u00fcberhaupt den Begriff des Quantencomputers ausgesprochen.<\/p>\n

Das bedeutet, dass Quantencomputer durch ihre andere Art zu rechnen auch potenziell drastisch leistungsf\u00e4higer sind, als unsere heutigen Computer. Daher werden mittlerweile j\u00e4hrlich Milliarden in diese verhei\u00dfungsvolle Technologie gesteckt. Diese andere Art zu rechnen zeichnet sich durch zwei spezifisch quantenmechanische Effekte aus, welche wir Superposition und Verschr\u00e4nkung nennen. Die Superposition erlaubt es einer Quantenmaschine, zwei oder mehrere Eingangszust\u00e4nde in einer einzigen Speicherzelle zu \u00fcberlagern. Diese Speicherzellen nennen wir analog zu den herk\u00f6mmlichen Computern Qubits (Quanten Bits). Die Verschr\u00e4nkung wiederum l\u00e4sst zwei oder mehr Quantenbits ein und dieselbe Quanteninformation teilen, ohne dabei in physischem Kontakt zueinander stehen zu m\u00fcssen, egal wie weit sie auch voneinander r\u00e4umlich entfernt sind.<\/p>\n

Man kann sich aufgrund dieser beiden bemerkenswerten Eigenschaften der Qubits bereits ann\u00e4hernd vorstellen, dass dadurch die Rechengeschwindigkeit aufgrund der parallelen Informations- Speicherung wie auch Verarbeitung erheblich gr\u00f6\u00dfer sein kann als bei den Turing Maschinen.<\/p>\n

Wo stehen wir heute?<\/strong><\/p>\n

Wenn Sie es w\u00fcssten, k\u00f6nnten Sie f\u00fcr diese Information von den gro\u00dfen IT Konzernen jeden Preis bekommen! Derzeit laufen quasi Wetten, ob man die Qubits mit extrem tiefgek\u00fchlten (Millionstel Grad \u00fcber dem Absoluten Nullpunkt) Festk\u00f6rpern oder vielleicht doch besser mit im Vakuum isolierten in Magnetfeldern gefangenen Ionen (elektrisch geladene Atome) baut. Die erste Technologie hat sich bislang als schwer kontrollierbar und die zweite als ebenso schwer skalierbar erwiesen.<\/p>\n

Was wir wissen ist, dass wir jedenfalls eine gut beherrschbare und hoch integrierbare Technologie f\u00fcr die Manipulation von Quanteninformation brauchen, um einen kommerziell erfolgreichen Quantencomputer bauen zu k\u00f6nnen, der f\u00fcr konkrete Anwendungen in der Industrie daher ein besseres Preis-Leistungs-Verh\u00e4ltnis aufweisen muss als unsere heutigen und auch zuk\u00fcnftigen Computer auf Basis konventioneller integrierter Schaltungen in Halbleitern.<\/p>\n

Daher wissen wir auch, dass zwischen den heutigen Quanten-Chips und Ionenfallen, welche ein paar Dutzend Qubits mehr schlecht als recht kontrollieren lassen und dem industriell auf breiter Skala eingesetzten Quantencomputer mindestens zwei technologische Meilensteine sitzen.<\/p>\n

Meine Firma NOVARION ist daher gerade dabei ein Quanten-Elektronik-Labor in Wien zu errichten, um diese vor uns befindlichen technologischen Herausforderungen bereits innerhalb der kommenden 5 Jahre zu meistern!<\/p>\n

Wie k\u00f6nnen sich Unternehmen auf die Quantenrevolution vorbereiten?<\/strong><\/p>\n

Es sei erw\u00e4hnt, dass die Quantentechnologie nicht \u201eblo\u00df\u201c neue unglaublich schnelle Computersysteme f\u00fcr die fortschreitende Digitalisierung sowie K\u00fcnstliche Intelligenz hervorbringen wird, sondern ebenso gigantische Fortschritte z.B. in der Medizin oder der Telekommunikation mit sich bringen wird. Generell l\u00e4sst sich feststellen, dass die Quantentechnologie alle Systeme welche mit Information zu tun haben, und sp\u00e4ter auch jene, die mit Energie- Gewinnung oder Speicherung einhergehen, revolutionieren wird.<\/p>\n

Daher empfehle ich jedem Unternehmen ab etwa \u20ac 100 Millionen Jahresumsatz heute bereits mit Applikationen der Quantentechnologie in ihrem Kerngesch\u00e4ft zu besch\u00e4ftigen. Die ersten Unternehmen, welche in ihrem Bereich Quantentechnologie erfolgreichen einsetzen, werden ihren Markt technologisch revolutionieren.<\/p>\n

Was den Bereich meines eigenen Unternehmens, n\u00e4mlich der Informationstechnologie betrifft, so erinnern wir uns an Alan Turings eleganten Beweis, dass unsere heutigen Computer bereits Quantenalgorithmen berechnen k\u00f6nnen. Zwar ben\u00f6tigen diese dazu verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig lange, wir k\u00f6nnen jedoch damit unsere Software, egal in welchem Bereich, bereits heute f\u00fcr die \u00fcbern\u00e4chste Generation der universellen Quantencomputer vorbereiten, um bei Verf\u00fcgbarwerden derselben, sofort den gro\u00dfen Wettbewerbsvorteil realisieren zu k\u00f6nnen, der in diesem gerade noch schlafenden Giganten steckt. Denn sein Erwachen kommt bestimmt!<\/p>\n

Woran forscht NOVARION?<\/strong><\/p>\n

Das Ziel meiner eigenen Firma ist der hybride universelle Quantencomputer. en Begriff universell haben wir in Bezug auf alle Arten von Quantenalgorithmen bereits erkl\u00e4rt, was ist daher mit der Erweiterung \u201ehybride\u201c gemeint? Es hat sich herausgestellt, dass der Quantencomputer bei weitem nicht bei allen Arten von Problemstellungen einen vorteilhafteren Rechenweg er\u00f6ffnet. Tats\u00e4chlich brauchen wir z.B. um zwei Zahlen direkt zu multiplizieren keinen Quantencomputer. Diese Aufgabe ist derart trivial, dass uns die Quantenalgorithmen keinen Vorteil verschaffen. Wollen wir dagegen eine gro\u00dfe Zahl in ihre Primfaktoren zerlegen, so skaliert eine Turing Maschine die Anzahl der Rechenschritte immer mit der Eingabemenge (in dem Fall die L\u00e4nge der Zahl) im Exponenten einer Funktion. Damit st\u00f6\u00dft man sehr rasch auf das sogenannte Computer-Unendlich, verl\u00e4sst also die prinzipielle Berechenbarkeit des Problems nicht, wird das Ergebnis der Berechnung der Turing Maschine aber keinesfalls erleben.<\/p>\n

Daher sehe ich als praktikablen Ansatz die Entwicklung eines Computerchips, welcher gleichzeitig eine Turing- als auch eine Quantenmaschine in integrierten Schaltkreisen beinhaltet und damit einen hybriden universellen Quantencomputer on the Chip darstellt.[\/vc_column_text][\/vc_column][\/vc_row]<\/p>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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