Die Computertechnik hat in den letzten Jahrzehnten einen unglaublich langen Weg zurückgelegt. Wir befinden uns inmitten einer technologischen Revolution, wobei die Maschinen von Jahr zu Jahr fortschrittlicher werden. Zwei besonders fortschrittliche Erfindungen, der Supercomputer und der Quantencomputer, haben unzählige Anwendungen und Potenziale. Aber was ist der Unterschied zwischen einem Supercomputer und einem Quantencomputer, und was ist besser?
Was ist ein Supercomputer?
Supercomputer sind riesige Systeme die ganze Räume in der Größe überspannen können. Diese Maschinen sehen nicht wie ein typischer Desktop-PC oder Laptop aus. Vielmehr bestehen Supercomputer aus großen Gruppen von Prozessoren, die alle zusammenarbeiten, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen.
Supercomputer entstanden erstmals in den 1960er Jahren mit der Gründung des CDC (Control Data Corporation) 6600. Dieser gilt als der erste jemals gebaute Supercomputer und war rund zehnmal leistungsstärker als die damaligen Standardcomputer. Aber die Dinge haben sich seitdem sehr weit entwickelt.
Die heutigen Supercomputer sind extrem leistungsfähig, um es gelinde auszudrücken. Aber das ist natürlich alles relativ. Der CDC 6600 war ein Phänomen in der Computerwelt, würde aber heute als nichts Besonderes angesehen werden. Immerhin dauerte es nur ein halbes Jahrzehnt, bis er vom CDC 7600 überstrahlt wurde. Denken Sie also daran, wenn Sie die Leistung heutiger Supercomputer betrachten.
Wie der eigene PC können Supercomputer Daten verarbeiten und speichern, gehen aber noch viel weiter. Diese Maschinen können unglaublich komplexe Berechnungen und Simulationen durchführen, die von Menschen oder den Computern, die wir alle in unserem täglichen Leben verwenden, niemals erreicht werden könnten. Sie können auch schnell Prozesse ausführen, für deren Ausführung ein normaler Computer Monate oder Jahre benötigen kann.
Ein moderner Supercomputer könnte beispielsweise das Ergebnis einer Atomexplosion vorhersagen, hochkomplexe Modelle des Gehirns erstellen und sogar Simulationen der Entstehung des Universums durchführen. Die Fähigkeiten dieser Maschinen sind überwältigend und haben sich in einer Reihe verschiedener Branchen als hilfreich erwiesen.
Aber im Kern haben Supercomputer die gleichen Schrauben und Muttern wie normale Computer. Der Unterschied besteht darin, dass diese Computer riesig sind und aus Tausenden oder Hunderttausenden bestehen CPUs (Zentraleinheiten)und verfügen daher über eine wesentlich höhere Rechenleistung als Ihr Standard-PC. Der Computer, den Sie täglich verwenden, hat wahrscheinlich eine Handvoll CPU-Kerne, von denen einige nur einen haben. Stellen Sie sich also vor, was erreicht werden könnte, wenn seine Leistung um ein Vielfaches erhöht würde.
Supercomputer sind faszinierend, aber unglaublich teuer in Bau und Wartung. Millionen von Dollar können in einen einzigen Supercomputer gesteckt werden, und es werden riesige Mengen an elektrischer Energie benötigt, um sie in Betrieb zu halten.
Und selbst diese hochentwickelten Maschinen haben ihre Grenzen. Insbesondere die Fähigkeiten von Supercomputern sind auf ihre Größe beschränkt. Die heutigen Supercomputer sind bereits riesig und kosten viel Geld im Betrieb. Je größer also ein Supercomputer wird, desto teurer wird er.
Darüber hinaus erzeugen Supercomputer enorme Wärmemengen, die abgeführt werden müssen, um eine Überhitzung zu vermeiden. Alles in allem ist der Einsatz von Supercomputern ein sehr teurer und aufwendiger Prozess. Außerdem gibt es einige Probleme, die Supercomputer einfach nicht lösen können, weil sie zu komplex sind.
Ein relativ neuer Spieler im Computerspiel könnte jedoch die Fähigkeit besitzen, Supercomputer zu übertreffen und das zu erreichen, was sie nicht können: Quantencomputer.
Was ist ein Quantencomputer?
Der Konzept des Quantencomputings entstand erstmals in den 1980er Jahren. Während dieser Zeit trugen Pioniere wie Richard Benioff, Richard Feynman und Yuri Manin zur Entwicklung der Quantencomputing-Theorie bei. Aber zu diesem Zeitpunkt war Quantencomputing nur eine Idee und wurde noch nie in einer realen Umgebung angewendet.
Achtzehn Jahre später, 1998, entwickelten Isaac Chuang, Neil Gershenfeld und Mark Kubinec den ersten Quantencomputer. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit dieses Computers ist im Vergleich zu den fortschrittlichsten Quantencomputern von heute rudimentär, aber die Entwicklung dieser ersten Maschine ihrer Art war geradezu revolutionär.
Wie Sie im obigen Bild sehen können, sehen Quantencomputer überhaupt nicht wie typische Computer aus. Dies liegt daran, dass sie auf drastisch unterschiedliche Weise funktionieren. Während Computer und Supercomputer Binärcode zum Speichern von Informationen verwenden, verwenden Quantencomputer winzige Einheiten, die als Qubits (oder Quantenbits) bekannt sind.
Qubits sind unvorstellbar klein. Sie bestehen aus noch kleineren Quantensystemen wie Protonen und Elektronen, den Grundbausteinen von Atomen. Das Tolle an Qubits ist, dass sie in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren können. Lassen Sie uns das aufschlüsseln.
Binärcode ist genau das, binär. Dies bedeutet, dass Bits nur als Null oder Eins existieren können, was bei der Ausführung fortgeschrittener Prozesse einschränkend sein kann. Andererseits können Qubits gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren, was als Quantenüberlagerung bekannt ist. Qubits können auch eine Quantenverschränkung erreichen, bei der sich Paare von Qubits miteinander verbinden.
Mithilfe der Quantenüberlagerung können Quantencomputer mehrere Qubit-Konfigurationen gleichzeitig berücksichtigen, was die Lösung hochkomplexer Probleme erheblich vereinfacht. Und durch Quantenverschränkung können zwei Qubits im selben Zustand existieren und sich gegenseitig auf mathematisch vorhersagbare Weise beeinflussen. Dies trägt zur Verarbeitungsfähigkeit von Quantencomputern bei.
Insgesamt bietet die Fähigkeit, mehrere Zustände gleichzeitig zu berücksichtigen, Quantencomputern die Möglichkeit Potenzial, extrem komplexe Berechnungen zu lösen und hochentwickelte Simulationen ausführen.
An der Entwicklung von Quantencomputern arbeiten derzeit verschiedene Unternehmen, darunter IBM und Google. Zum Beispiel gem Neuer Wissenschaftler2019 behauptete Google, dass sein Quantencomputer Sycamore einen Supercomputer in seinen Fähigkeiten übertroffen habe. Google gab an, dass Sycamore in 200 Sekunden eine Berechnung lösen könnte, für deren Vollendung ein Supercomputer 10.000 Jahre benötigen würde.
Aber nur zwei Jahre später wieder gem Neuer Wissenschaftler, wurde in China ein Nicht-Quanten-Algorithmus entwickelt, der es normalen Computern ermöglichte, sie zu lösen das gleiche Problem in nur wenigen Stunden, was bedeutet, dass ein Supercomputer sicherlich in der Lage wäre, es zu lösen, zu.
Über dem gesamten Bereich des Quantencomputings hängt also ein großes „Wenn“. Diese Technologie befindet sich noch in einem sehr frühen Stadium und hat noch einen langen Weg vor sich, bevor sie als Alternative zu Supercomputern eingesetzt werden kann.
Quantencomputer sind unglaublich schwer zu bauen und zu programmieren und haben trotzdem hohe Fehlerraten. Hinzu kommt, dass die derzeitige Rechenleistung von Quantencomputern diese für typische Anwendungen völlig ungeeignet macht. Infolgedessen müssen Quantencomputer viele Wachstumsschmerzen durchlaufen, bevor sie zu einer zuverlässigen und weit verbreiteten Technologie werden.
Supercomputer sind jetzt die erste Wahl
Während Quantencomputer das Potenzial haben, Supercomputer bei weitem zu übertreffen, ist dies noch weitgehend hypothetisch. Eines Tages werden wir vielleicht erleben, wie Quantencomputing so weit voranschreitet, dass Supercomputer nicht mehr notwendig sind. Es ist nicht zu leugnen, dass auf diesem Gebiet bereits enorme Entwicklungen stattgefunden haben. Aber im Moment befinden sich Quantencomputer noch in einem frühen Stadium, und es kann Jahrzehnte dauern, bis sie zum Mainstream werden.