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Quantencomputer...

Rozpoczęty przez TFM · 2023-01-16 13:53 · Odpowiedzi: 11 · Wyświetlenia: 74
#1
... weiß jemand vielleicht wo man sich da informieren kann...?

Wie sind die Dinger aufgebaut?
Hardware ect.

Ein schnelles Googeln ist leider nicht ergiebig.
TFM of FutureSoft
http://www.FutureOS.de --> Das Betriebssystem FutureOS (Update: 30.05.2026)
http://futureos.cpc-live.com/files/LambdaSpeak_RSX_by_TFM.zip --> RSX ROM für LambdaSpeak (Update: 29.01.2025)
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#2
Willste dir einen basteln?
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#3
ChatGPT (Codex):


Wie funktioniert ein Quantencomputer?

Ein Quantencomputer ist im Grunde ein Spezialcomputer, der die Gesetze der Quantenmechanik nutzt. Anders als ein normaler PC ersetzt er den klassischen Prozessor aber nicht einfach durch einen "schnelleren Chip". Tatsächlich ist die Hardware völlig anders aufgebaut.


Der Unterschied: Bit vs. Qubit

Ein normaler Computer speichert Informationen als Bits:


0
1


Ein Quantencomputer verwendet Qubits.

Ein Qubit kann gleichzeitig eine Mischung aus 0 und 1 sein (Superposition).

Man kann sich das wie einen Pfeil auf einer Kugel vorstellen:


    [*]Nordpol = 0
    [*]Südpol = 1
    [*]Jede andere Richtung = Mischung aus beiden


Erst beim Messen entscheidet sich das Qubit für 0 oder 1.


Warum ist das interessant?

Mehrere Qubits können miteinander verschränkt werden.

Zum Beispiel:


2 klassische Bits:

00
01
10
11

2 Qubits:

können alle vier Zustände gleichzeitig repräsentieren


Bei:


    [*]10 Qubits → 1.024 Zustände
    [*]20 Qubits → über 1 Million
    [*]50 Qubits → über 1 Billiarde


Das bedeutet nicht, dass ein Quantencomputer alle Lösungen gleichzeitig ausgibt.

Vielmehr nutzt ein Quantenalgorithmus Interferenz, um die Wahrscheinlichkeit der richtigen Lösung zu erhöhen und falsche Lösungen auszulöschen.


Wie sieht die Hardware aus?

Das Überraschende:

Der eigentliche "Computer" sieht kaum wie ein PC aus.

Meist besteht die Anlage aus:


           Decke
             │
      Steuercomputer
             │
  Mikrowellen-Elektronik
             │
      Verstärker
             │
     ┌───────────────┐
     │ Kühlschrank   │
     │ (2–3 Meter)   │
     └───────────────┘
             │
      10 Millikelvin
             │
      Quantenchip


Der eigentliche Chip ist oft nur wenige Millimeter bis Zentimeter groß.

Der Rest dient dazu,


    [*]ihn extrem zu kühlen,
    [*]ihn vor Störungen zu schützen,
    [*]ihn anzusteuern,
    [*]und die Ergebnisse auszulesen.



Warum müssen sie so kalt sein?

Viele Quantencomputer verwenden sogenannte supraleitende Qubits.

Diese funktionieren nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt.

Typische Temperatur:


0,01 Kelvin

=

−273,14 °C


Das ist sogar kälter als der Weltraum.

Dafür werden sogenannte Verdünnungskryostaten (Dilution Refrigerators) verwendet.


Der Quantenchip

Der Chip selbst sieht aus wie eine goldene Leiterplatte.

Er besteht aus:


    [*]supraleitenden Leitungen
    [*]Aluminium
    [*]Niob
    [*]Josephson-Kontakten


Die eigentlichen Qubits sind winzige supraleitende Schaltkreise.

Größe:

Etwa 0,2 bis 1 mm.


Wie steuert man ein Qubit?

Nicht mit elektrischen Signalen wie bei einer CPU.

Stattdessen nutzt man:


    [*]Mikrowellenimpulse
    [*]Laser (je nach Technologie)
    [*]Magnetfelder
    [*]elektrische Felder


Ein Mikrowellenimpuls von wenigen Nanosekunden kann ein Qubit gezielt in einen anderen Quantenzustand versetzen.


Verschiedene Bauarten

Es gibt nicht "den" Quantencomputer.

1. Supraleitende Qubits (IBM, Google)

Vorteile:


    [*]sehr schnell
    [*]gut erforscht


Nachteile:


    [*]riesige Kühlanlage
    [*]relativ fehleranfällig


2. Ionenfallen

Hier schweben einzelne Atome im Vakuum.

Laser manipulieren sie.

Vorteile:


    [*]sehr präzise


Nachteile:


    [*]langsamer


3. Neutrale Atome

Laser halten hunderte Atome in einem optischen Gitter.

Sehr vielversprechend.

4. Photonen

Qubits bestehen aus Lichtteilchen.

Vorteil:


    [*]teilweise Betrieb bei Raumtemperatur möglich


5. Spin-Qubits

Hier nutzt man einzelne Elektronen in Halbleitern.

Diese könnten eines Tages ähnlich wie heutige Chips gefertigt werden.


Die Elektronik

Über dem Kühlschrank befindet sich ein ganzer Schrank voller Hardware:


    [*]FPGA-Karten
    [*]Mikrowellengeneratoren
    [*]Analog-Digital-Wandler
    [*]Verstärker
    [*]Taktgeneratoren


Diese Elektronik erzeugt tausende exakt synchronisierte Signale.


Fehlerkorrektur

Das größte Problem:

Qubits verlieren ihren Quantenzustand sehr schnell.

Schon


    [*]Wärme
    [*]Vibrationen
    [*]Magnetfelder
    [*]kosmische Strahlung


können Berechnungen stören.

Deshalb benötigt man Fehlerkorrektur.

Ein einziges "logisches" Qubit besteht heute häufig aus vielen physischen Qubits. Je nach Verfahren können dafür Dutzende bis Hunderte physische Qubits erforderlich sein.


Warum sind Quantencomputer nicht einfach schneller?

Ein häufiger Irrtum lautet:

"Ein Quantencomputer ersetzt meinen Gaming-PC."

Das stimmt nicht.

Quantencomputer sind hervorragend geeignet für:


    [*]Faktorisierung großer Zahlen (Kryptografie)
    [*]Simulation von Molekülen und Materialien
    [*]Optimierungsprobleme
    [*]bestimmte Such- und Wahrscheinlichkeitsprobleme


Für alltägliche Aufgaben wie:


    [*]Surfen
    [*]Office
    [*]Videobearbeitung
    [*]Spiele


ist ein klassischer Prozessor meist deutlich effizienter.


Größenvergleich


Bauteil                    Größe
---------------------------------------------
Qubit                      ca. 0,2–1 mm
Quantenchip                ca. 1–2 cm
Verdünnungskryostat        ca. 2–3 Meter hoch
Gesamte Anlage             oft ein ganzer Raum



Fazit

Der eigentliche Quantencomputer ist nur ein winziger Chip.

Der überwiegende Teil der Anlage besteht aus Kühltechnik, Hochfrequenzelektronik, Vakuumtechnik und Messgeräten.

Die größte Herausforderung besteht heute nicht darin, Berechnungen durchzuführen, sondern den extrem empfindlichen Quantenzustand der Qubits lange genug stabil zu halten. Genau deshalb sind moderne Quantencomputer technisch so aufwendig und derzeit nur für ganz spezielle Aufgaben sinnvoll einsetzbar.
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#4
— Devilmarkus
Willste dir einen basteln?


Nee, ein OS dafür schreiben, das wäre dann FatulOS (wer Captain Future kenn, weiß warum ,-))
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#5
Dann besorg dir erstmal den entsprechenden Computer 🙂
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#6
— Devilmarkus
Dann besorg dir erstmal den entsprechenden Computer 🙂


Nee, erst mal das passende Stück Land und Kraftwerk 😉

Danke für die Info, ist wenigstens mal ein bisschen was über die reale Technik drin.

Vorerst wäre so ein Quantencomputer Simulator interessant. 🙂
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#7
Den auf einem PC zu simulieren, wäre etwa wie auf einem CPC einen 24 Core-4500mhz PC zu emulieren 🙂
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#8
Markus du schafst das schon 😉
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#9
Määäääh 😉

Wieso eigentlich ich? Der [member=5]TFM[/member] will das ja!
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#10
— Devilmarkus
Den auf einem PC zu simulieren, wäre etwa wie auf einem CPC einen 24 Core-4500mhz PC zu emulieren 🙂


Stimmt, wir müssen das auf dem CPC machen! Der PC taugt dafür vorne und hinten nicht!
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#11
Streiche "wir" und ersetze es mit "ich"!

Ich wünsche dir viel Erfolg dabei 😉
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#12
— Devilmarkus
Streiche "wir" und ersetze es mit "ich"!

Ich wünsche dir viel Erfolg dabei 😉


Dazu fehlen mir noch Details zum Hardware-Aufbau, aber prinzipiell ist das sicher möglich.

Wenn jemand Infos hat, über QuantenComputer Emulation, dann wäre das interessant. Laut den Infos vom Markus muss man - vereinfacht gesagt - ja nur Bits addieren und den Durchschnitt weiterverarbeiten. Das ist ja an sich kein Problem.
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Ostatnio edytowany przez TFM w dniu 2026-07-25 13:23
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