Beyond Binarity //2744

Klassische Bits unterscheiden zwischen genau zwei einander ausschließenden Zuständen.

Vor einigen Jahren war die sog. Fuzzylogik populär. Sie berücksichtigt, dass die Antwort auf manche Fragen sich nicht auf ein kompromissloses Ja oder Nein festlegen lässt. Es gibt Zwischenstufen wie Vielleicht oder Teilweise. Bei dem Computerspiel 20Q ist dies realisiert.
Bei Fuzzylogik wird der Zahlenbereich zwischen 0 und 1 in ein Kontinuum aufgeteilt, so dass beliebige Zwischenwerte benutzt werden können. Auf eine entsprechende Frage wären beispielsweise Antworten wie Immer (1), Meistens (0.8), Oft (0.6), Manchmal (0.4), Selten (0.2) oder Nie (0) möglich.
Mathematisch interpoliert man also zwischen den Randwerten. So sind auch logische Operationen wie Und oder Oder möglich, indem man die Werte geeignet gewichtet.

Die aktuell hochgejubelte Technologie befasst sich mit Quantencomputern.
Quantencomputern nutzen keine klassischen Bits, sondern Quantenbits bzw. kurz Qbits.
Ein Qbit lässt sich vorstellen als die Überlagerung zweier orthogonaler Zustände |0> und |1>, also [unter Verwendung der üblichen Dirac’schen (Bra-)Ket-Notation]: |q> = q0|0> + q1|1>, mit komplexen Koeffizienten („Amplituden“) q0 und q1, deren Summe der Betragsquadrate 1 ergibt. Die beiden Zustände existieren gleichzeitig, statt einander – wie im klassischen Fall – auszuschließen. Erst durch eine Messung entscheidet sich, welcher der beiden Basiszustände |0> oder |1> angenommen wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass der reine Zustand |n> bei einer Messung angenommen wird, beträgt dabei |qn|^2.
Um etwas mit Qbits anfangen zu können, verwendet man diverse Quantengatter, die z.B. die Amplituden der Basiszustände vertauschen, oder ihr Vorzeichen umkehren.
Mit einem Qbit alleine kommt man nicht weit. Interessant wird es, wenn mehrere davon nicht unabhängig voneinander existieren, sondern miteinander „verschränkt“ sind. Mit geeigneten Quantengattern, die gleichzeitig auf mehrere Qbits wirken, lässt sich eine solche Verschränkung erreichen.
Ein Quantenschaltkreis hat genauso viele Eingänge wie Ausgänge. Im Gegensatz zu klassischen Schaltkreisen wird die Anzahl der Qbits nicht größer oder kleiner. Der Zustand von Qbits kann nicht kopiert werden.
Ich möchte nicht allzu sehr ins Detail gehen. Deshalb nur ganz kurz: wenn bei zwei miteinander verschränkten Qbits eines gemessen wird, wirkt sich das „spukhaft“ aus der Ferne auf seinen Partner aus. Die Geschwindigkeitsbegrenzung durch die Lichtgeschwindigkeit scheint nicht mehr zu gelten. Automatisch wird dadurch der Zustand des zweiten Qbits mitbestimmt.
Die dafür eingesetzten Algorithmen beruhen auf einer ganz anderen Philosophie als bei der klassischen Programmierung, auch wenn die Schnittstellen mit herkömmlichen Programmiersprachen bedient werden können. Es ist eine Kunst für sich, Quantenbits und Quantengatter so anzuordnen, so dass damit tatsächlich das gestellte Problem gelöst wird.
Man braucht sich nicht die Mühe zu machen, sich all das bildlich vorzustellen. Dafür gibt es ja die Mathematik, die es ermöglicht, durch Matrizen das Verhalten der Qbits und ihrer Gatter abzubilden und zu berechnen.
Das ist schon eine faszinierende Sache. Trotzdem sind die Anwendungsbereiche für Quantencomputer begrenzt (selbst wenn ausreichende Hardware vorhanden wäre). Typische Anwendungen sind umfangreiche Optimierungsprobleme oder Kryptographie, weil dort eine große Anzahl von Kombinationen simultan ausprobiert werden kann, die klassische Computer nur hintereinander ausführen können.
Sicherlich werden Quantencomputer unsere klassischen Computer nicht ersetzen, höchstens ergänzen. Ein simples „Hello World!“ fällt genauso wenig in den Anwendungsbereich wie sequentielle, aufeinander aufbauende Berechnungen, Datenbanken, Textverarbeitung, ein interaktives GUI oder Internet-Chats.

Über Anne Nühm (breakpoint)

Die Programmierschlampe.
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6 Antworten zu Beyond Binarity //2744

  1. keloph schreibt:

    ich teile dein fazit. ausdrücklich und seit dem ungeeigneten versuch der vermarktung durch HAL. kommerzielle anwendungen damit zu bestreiten ist unsinn, oder bestenfalls nutzlos. bis zur grossflächigen, betriebswirtschaftlich erfolgreichen vermarktung wird es noch lange dauern, wenn es überhaupt gelingt. ich werde das trotz des rasenden technologischen fortschritts wohl nicht mehr erleben. bin ich ob dieser skeptischen perspektive frustriert? definitiv nicht. wobei die entwicklung der „chips“ eine grosse leistung ist, überfordert es wahrscheinlich 99% der menschlichen hirne.

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    • Es gab ja mal eine Zeit, da hätte sich niemand vorstellen können, dass sich PCs so stark verbreiten würden, denn was soll eine Privatperson schon mit einem Computer anfangen?
      Die ganze embedded Welt oder auch das Internet waren damals noch völlig jenseits jeglicher Erwartung.
      Deshalb bin ich immer vorsichtig und zurückhaltend, mit solchen Prognosen. Ich wollte eigentlich nur darauf hinaus, dass – abseits spezieller Einsatzzwecke – unsere binären Computer weiterhin gebraucht werden.

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      • keloph schreibt:

        das ist so verstanden. und sicher gibt es auch für quantencomputer früher kommerzielle verwendbarkeit als meinen todeszeitpunkt, aber es bleibt eine wette auf die zukunft. auch muss man sehen, dass schon ein paar jahre quantenlogik auf binären rechnerarchitekturen darstellbar sind.

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  2. pirx1 schreibt:

    Computer werden immer menschlicher. Jetzt bekommen sie schon ein „elektronisches Bauchgefühl“.

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  3. pingpong schreibt:

    Soweit ich es verstanden habe besteht das Problem darin, dass das Quantenzeug so instabil und fehleranfällig ist. Einen Quantenrechner mit wievielen Qubits hat man denn bisher erfolgreich realisiert? So um die 100Qubits? Ist das nicht viel zu wenig um praktisch relevante Probleme zu lösen? Und welche Fehlerrate haben diese Qubits? Man kann natürlich fehlerkorrigierende Mechanismen einbauen. Dann braucht man aber wieder mehr Qubits. Die selber wieder Fehler produzieren…

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