Die Quantentheorie wurde in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts geboren. Zu seinen Schöpfern gehörten Niels Bohr, Albert Einstein, Max Planck, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und andere ebenso herausragende Wissenschaftler. Die Schaffung des Standardmodells der Elementarteilchen markierte eine Revolution im Verständnis des Universums. Es war die Quantentheorie, die der Welt Laser, MRI, Teilchenbeschleuniger, Computer, das Internet und Atomwaffen bescherte. Aber was kommt als nächstes? Einige Physiker glauben, dass in den nächsten fünf Jahren Geräte entwickelt werden, die bis vor kurzem nur auf den Seiten von Science-Fiction-Romanen beschrieben wurden. Tatsache ist, dass jeder Sprung auf dem Gebiet des Quantencomputings das Potenzial der Technologie erhöht, die in der Lage ist, Berechnungen und Simulationen durchzuführen, die über die Möglichkeiten moderner Supercomputer hinausgehen. Mit anderen Worten, die Welt bereitet sich auf eine Quantenzukunft vor. Und wenn Quantentechnologien das Computing, wie wir es kennen, wirklich verändern, welche Zukunft erwartet uns dann?
Quantentechnologien entwickeln sich schnell
Inhalte
- 1 Grundlagen Prinzipien der Quantentheorie
- 2 Quantencomputer und -technologien
- 2.1 Quantenteleportation, Sensoren und Kommunikation
- 3 Quantenzukunft
Grundprinzipien der Quantentheorie
Im Gegensatz zur klassischen Physik, die sich auf die Schwerkraft und die Newtonschen Bewegungsgesetze stützt, agieren Quantenteilchen also nach ihren eigenen Gesetzmäßigkeiten . Beispielsweise weist ein Konzept wie Überlagerung auf die Fähigkeit eines Quantensystems hin, sich gleichzeitig in mehreren Zuständen zu befinden.
Und obwohl es ein wenig verrückt klingt und dem Gedankenexperiment von Schrödingers Katze ähnelt, kann ein Teilchen tatsächlich in mehreren Zuständen gleichzeitig sein, aber nur so lange, bis es gemessen wird.
Einstein nannte Quantenverschränkung übernatürliche Bindung
Das folgende Prinzip wird Quantenverschränkung genannt. Es kann beobachtet werden, wenn zwei Atome miteinander verbunden sind, obwohl sie durch eine große Entfernung voneinander getrennt sind. Wenn sich die Eigenschaften eines der Atome ändern, ändert sich auch sein verschränktes Gegenstück, und zwar sofort. Verschränkung ist auch dann vorhanden, wenn sich Atome an entgegengesetzten Enden des Universums befinden.
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Superposition und Verschränkung sind grundlegende
starke> Prinzipien der Quantentheorie. Diese Quantensysteme haben ihren Weg in den Alltag gefunden, und Wissenschaftler lernen endlich, sie zu verwalten und zu ihrem Vorteil zu nutzen.
Quantencomputer und -technologie
Die Quantentheorie ist notwendig, um die nukleare Struktur zu verstehen, die den Kern von Teilchen bildet – das Proton und das Neutron – die stark voneinander durch nukleare Kräfte angezogen werden, und ihre Kollision setzt nukleare Energie frei.
Quanteneffekte ebenfalls liegen Halbleitern und Transistoren zugrunde, die zu einer wahren elektronischen Revolution und zur Massenproduktion klassischer Computer führten. Und wenn wir über moderne Technologien sprechen, die auf der Quantentheorie basieren, dann können sie verbessert werden.
Die Verschränkung von Quantenzuständen ist Realität.
Wir wissen also, dass Informationen in gewöhnlichen Computern die Form von Binärziffern (Bits) annehmen, die nur zwei Zustände haben können: 0 oder 1. Die Überlagerung von Quantenbits (Qubits) ermöglicht es dem Computer, sowohl 0 als auch 1 getrennt zu speichern, als sowie eine Kombination beider Werte gleichzeitig – durch Überlagerung dieser beiden Zustände.
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Eigentlich Quantencomputingsind das heißeste Thema unter Physikern und Investoren, da sie im Vergleich zu klassischen Computern ein unglaubliches Potenzial in Bezug auf Geschwindigkeit und Effizienz haben. Bis Quantencomputer auf den Markt kommen, liegt jedoch noch viel Arbeit vor uns.
Um einen funktionsfähigen Quantencomputer zu bauen, muss ein Objekt lange genug in einem Überlagerungszustand gehalten werden, um verschiedene Prozesse darauf auszuführen.
Laut einigen Forschern werden uns Quantencomputer die Möglichkeit bieten, die Quantenphysik selbst auf eine noch unbekannte Weise zu untersuchen. Es kann beispielsweise verwendet werden, um das Verhalten von Arzneimittelmolekülen zu modellieren und neue Materialien für effizientere Batterien oder Energiequellen zu entwickeln.
Quantenteleportation, Sensoren und Kommunikation
Klingt nach Science-Fiction, aber die Kommunikation zwischen verschränkten Teilchenpaaren ist für eine erfolgreiche Quantenteleportation unerlässlich. Die Forscher führten viele Experimente durch und schafften es bis 2017, ein Photon von der Erde in die Umlaufbahn zu teleportieren. Quantenteleportation steht auch im Mittelpunkt der Pläne für ein Quanteninternet.
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Quantensensoren wiederum können Reize wie Magnetfelder oder Hochfrequenzsignale messen. Sie können unter anderem zur Früherkennung von Multipler Sklerose eingesetzt werden; Überwachung und Frühwarnung vor vulkanischer Aktivität; sowie um selbstfahrenden Fahrzeugen zu helfen «siehe» was um die Ecke ist.
Die Quantentechnologie ist ein komplexes Gebiet der Physik, das das Verhalten von subatomaren Teilchen erforscht.
Was die Quantenkommunikation betrifft, so kann der Datenschutz unter Verwendung der Gesetze der Quantenphysik zum Austausch geheimer Informationen verwendet werden für Verschlüsselung und Authentifizierung. Quanten können auch zum Rechnen und Lösen bestimmter Probleme verwendet werden, die gewöhnliche Computer nicht lösen können.
Quantenzukunft
Länder auf der ganzen Welt, darunter China, Kanada und die Vereinigten Staaten, haben Forschungsprogramme im Wert von mehreren Millionen und Milliarden Dollar angekündigt, um die Quantentechnologie voranzubringen und auf dem Gebiet der Quanteninformatik zu arbeiten. Es ist offensichtlich, dass Quanteninformationstechnologien einen starken Einfluss auf die ganze Welt haben werden, aber wir beginnen gerade erst zu verstehen, wie die Quantenzukunft aussehen wird.
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Wenn Quantencomputer groß genug werden, um Tausende oder Millionen von Qubits zu enthalten, könnten sie helfen, komplexe chemische Reaktionen zu verstehen und neue Medikamente zu entwickeln. Dies wiederum wird zur Entwicklung neuer Materialien und Berechnungen führen.
Die Entwicklung von Quantencomputern wird wissenschaftliche Durchbrüche in den Bereichen Biologie, Chemie, Medizin und Verkehr ermöglichen.
Letztendlich werden all diese Daten es Wissenschaftlern ermöglichen, die Algorithmen der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens, der Cybersicherheit und des Finanzwesens zu optimieren sowie den Code zu entschlüsseln, auf dem die Sicherheit moderner Kommunikationssysteme basiert.
Darüber hinaus glauben einige Forscher, dass wir innerhalb des nächsten Jahrzehnts endlich das Aufkommen künstlicher Intelligenz sehen werden. Interessant ist auch, dass uns das Aufkommen der Quantentechnologien einem neuen Verständnis der Natur, des Universums und uns selbst näher bringen wird. Wohin werden uns Innovationen in der Quantentheorie Ihrer Meinung nach zuerst führen? Wir warten auf die Antwort hier sowie in den Kommentaren zu diesem Artikel.