Quantencomputing: ein neues goldenes Zeitalter des Rechnens
von Mario Piattini Velthuis (Universitätsprofessor, Direktor der Grupo Alarcos, aQuantum CRO).
Das IBM Institute for Business Value weist darauf hin, dass wir im Quantenjahrzehnt leben, in dem sich Quantencomputer darauf vorbereiten, klassische Computer bei wichtigen Aufgaben zu übertreffen und das zu erreichen, was wir „Quantenvorteil“ nennen. Ein Quantencomputer speichert Informationen in Objekten, die Qubits genannt werden, und wandelt sie um, indem er bestimmte spezielle Eigenschaften der Quantenmechanik ausnutzt; Dies ist das Gebiet der Physik, das das Verhalten der Natur auf subatomarer Ebene beschreibt (z. B. das Verhalten von Photonen, Elektronen usw.), für das die klassische Mechanik keine zufriedenstellende Lösung bietet. Anders als das Bit, das sich nur in einem Zustand befinden kann (0 oder 1), kann das Qubit gleichzeitig in den Zuständen 0 und 1 sein. Diese Überlagerung von zwei Quantenzuständen ermöglicht eine groß angelegte Verarbeitung; da die Betriebskapazität eines Quantencomputers exponentiell mit der Größe (in Anzahl der Qubits) zunimmt.
Es gibt Hunderte von interessanten Anwendungen für diese neue Art von Paradigma in Wirtschaft und Finanzen, Chemie, Medizin und Gesundheit, Logistik und Lieferkette, Energie, Klimawandel, Landwirtschaft usw. Und natürlich hat das Quantencomputing grundlegende Auswirkungen auf die Cybersicherheit (Post-Quanten-Kryptografie) und die KI (da sie sehr leistungsfähige Anwendungen des Quantenmaschinenlernens, des Quantentieflernens und anderer Techniken der künstlichen Intelligenz ermöglichen).
Die Lernkurve für diese neue Technologie ist viel höher als für die vorherigen und erfordert daher viel mehr Zeit für Organisationen, um die notwendigen Fähigkeiten in diesem Bereich zu haben. Wenn es bereits an Talenten in den Quantentechnologien und im Computing im Allgemeinen mangelt, so ist dies im Quantencomputing enorm und eines der schwerwiegendsten Probleme, mit denen Unternehmen konfrontiert sind, und es könnte zur Hauptbremse des Quantenjahrzehnts werden.
Deshalb ist es notwendig, dass sich nicht nur gute Mathematiker und Quantenphysiker, sondern auch Computeringenieure – seien es Spezialisten für Computerhardware und -netzwerke, Programmiersprachen, Benutzerschnittstellen, künstliche Intelligenz, Softwareentwicklung usw. – damit auseinandersetzen dieses neue Paradigma und bringen ihr Wissen und ihre pädagogischen Fähigkeiten ein. Auf diese Weise werden wir ein neues „goldenes Zeitalter“ des Rechnens erreichen, da uns Quantencomputing eine einzigartige Chance bietet, so wie es die Pioniere des Rechnens in den 1960er Jahren taten.
Insbesondere in der Softwareentwicklung kennen viele Quantenspezialisten die Prinzipien und Techniken der Softwareentwicklung nicht und neigen daher dazu, alte Fehler zu machen und kostspielige „Wiederentdeckungen“ zu riskieren. Aus diesem Grund ist es notwendig, einen Schritt weiter zu gehen und zu versuchen, das Bewusstsein für Quantum Software Engineering zu schärfen, mit dem Ziel, Quantensoftware mit einem hohen Maß an Qualität und Produktivität zu produzieren.
Andererseits ist es wichtig, die Beziehungen zur Geschäftswelt zu stärken, sowohl in Bezug auf die Forschung als auch auf die Ausbildung von Fachleuten, denn für den größtmöglichen Erfolg auf dem Gebiet der Quantentechnologie ist eine enge Zusammenarbeit unerlässlich zwischen Industrie und Wissenschaft. In diesem Sinne haben wir vor einigen Jahren die gemeinsame Forschungseinheit aQuantum zwischen der UCLM und der Firma Alhambra IT ins Leben gerufen. Diese Zusammenarbeit ermöglicht die Entwicklung von Forschungsprojekten, die für die Lösung der Probleme des Quantencomputers von entscheidender Bedeutung sind, wie beispielsweise das Projekt "QHealth: Quantum Pharmacogenomics Applied to Ageing" des CDTI Misiones-Programms.
Von dieser Plattform aus ermutige ich jeden von uns aus unseren jeweiligen Handlungsfeldern zu analysieren, wie sich Quantencomputing auf uns auswirkt und was wir aus unserer umfangreichen Erfahrung mit klassischem Computing beitragen können, da der Quantenphysiker José Ignacio Latorre warnt: „Die Zukunft wird das Quantengeschäft wachsen, ob es uns gefällt oder nicht, denn die Zukunft unserer Technologie ist Quantum.“
