0:00:00.195,0:00:03.313
Für die meiste Zeit der Geschichte bestand[br]die Technologie der Menschen

0:00:03.313,0:00:06.051
aus unserem Gehirn, Feuer und[br]scharfen Speeren.

0:00:06.631,0:00:10.102
Während Feuer und Speere zu Kraftwerken[br]und nuklearen Waffen wurden,

0:00:10.102,0:00:12.692
fand das größte Upgrade in unserer[br]geistlichen Entwicklung statt.

0:00:13.132,0:00:17.619
Seit den 60ern ist die Leistung[br]unserer Computer exponentiell gestiegen.

0:00:17.619,0:00:21.794
Dadurch sind Computern kleiner und[br]zugleich leistungsstärker geworden.

0:00:22.524,0:00:25.444
Dieser Prozess wird aber bald seine[br]physikalischen Grenzen erreichen.

0:00:25.834,0:00:28.721
Computer Teile sind auf dem Weg,[br]die Größe eines Atoms zu erreichen.

0:00:29.391,0:00:32.689
Um zu verstehen, warum dies ein Problem[br]ist, müssen wir zuerst ein paar Grundlagen klären.

0:00:39.666,0:00:43.903
Ein Computer besteht aus einfachen[br]Komponenten mit einfachen Aufgaben,

0:00:43.903,0:00:48.474
wie Daten darstellen, diese verarbeiten[br]und Mechanismen kontrollieren.

0:00:49.064,0:00:50.678
Computer Chips beinhalten Module,

0:00:50.678,0:00:53.906
welche Logikgatter beinhalten,[br]welche Transistoren beinhalten.

0:00:54.556,0:00:58.459
Ein Transistor ist die einfachste Art[br]eines Datenprozessors in Computern.

0:00:58.459,0:01:01.555
Im Grunde ein Schalter, welcher den[br]Datenstrom

0:01:01.555,0:01:03.479
blocken oder durchlassen kann.

0:01:03.939,0:01:08.463
Diese Informationen bestehen aus Bits,[br]die auf Null oder Eins eingestellt werden können.

0:01:09.073,0:01:12.982
Die Kombinationen aus mehreren Bits[br]stellen komplexere Informationen dar.

0:01:13.502,0:01:18.025
Transistoren sind kombinierte Logikgatter,[br]welche einfache Dinge machen.

0:01:18.025,0:01:22.888
Ein UND Gatter gibt EINS aus, wenn alle[br]Eingaben auf EINS stehen und

0:01:22.888,0:01:25.104
ansonsten eine NULL.

0:01:25.664,0:01:28.982
Mehrere Logikgatter formen ein bedeutendes[br]Modul,

0:01:28.982,0:01:31.066
zum Beispiel, um zwei Zahlen zu addieren.

0:01:31.446,0:01:35.134
Wenn man addieren kann, kann man auch[br]multiplizieren,

0:01:35.134,0:01:36.851
und wenn man multiplizieren kann,[br]kann man grundsätzlich alles machen.

0:01:37.481,0:01:41.038
Da alle Verfahren einfacher sind[br]als Mathe in der ersten Klasse,

0:01:41.038,0:01:43.729
kann man sich einen Computer als[br]eine Gruppe 7-Jähriger vorstellen, welche

0:01:43.729,0:01:46.038
einfache mathematischen Fragen beantworten.

0:01:46.578,0:01:50.717
Eine große Gruppe von ihene kann alles von[br]Astrophysik bis Zelda berechnen.

0:01:51.277,0:01:53.617
Das Kleinerwerden von Computerteilen

0:01:53.617,0:01:56.049
wird durch die Quantenpyhsik schwieriger.

0:01:56.649,0:01:59.805
Kurzgesagt ist ein Transistor einfach nur[br]ein elektronischer Schalter.

0:02:00.105,0:02:03.111
Strom bedeutet, dass Elektronen von einem Ort zu einem anderen gehen.

0:02:03.111,0:02:07.818
Somit ist ein Schalter eine Passage,[br]welcher Elektronen daran hindern kann, sich in eine Richtung zu bewegen.

0:02:08.408,0:02:11.678
Heute beträgt die durchschnittliche Größe[br]für einen Transistoren 14nm,

0:02:11.678,0:02:15.481
was ca. 8 mal kleiner ist als[br]der Durchmesser des HIV Virus

0:02:15.481,0:02:18.451
und 500 mal kleiner als eine[br]rote Blutzelle.

0:02:18.931,0:02:22.497
Während Transistoren zu der Größe von[br]wenigen Atomen schrumpfen,

0:02:22.497,0:02:25.929
können sich sich Elektronen selbst zur[br]anderen Seite einer blockierten Passage transferieren

0:02:25.929,0:02:28.173
durch den sogenannten Tunneleffekt.

0:02:28.643,0:02:31.649
Im Bereich der Quantenphysik funktioniert[br]Physik etwas anders,

0:02:31.649,0:02:33.358
als die Art und Weise, wie wir es gewohnt sind.

0:02:33.358,0:02:36.561
und traditionelle Computer ergeben[br]keinen Sinn mehr.

0:02:37.071,0:02:40.935
Wir erreichen eine physikalische Grenze[br]für unseren technischen Fortschritt.

0:02:41.655,0:02:44.001
Um dieses Problem zu lösen, versuchen[br]Wissenschaftler

0:02:44.001,0:02:47.016
diese ungewöhnlichen Quanteneigenschaften[br]zu unserem Vorteil zu nutzen,

0:02:47.016,0:02:49.052
indem sie Quantencomputer bauen.

0:02:49.664,0:02:53.141
In normalen Computern sind Bits die[br]kleinste Einheit der Information.

0:02:53.611,0:02:57.787
Quantencomputer benutzen "Qubits", die auch auf einen von zwei Werten eingestellt werden können.

0:02:58.287,0:03:00.613
Ein Qubit kann irgendein[br]2-Level Quanten-System sein,

0:03:00.613,0:03:04.290
wie zum Beispiel die Richtung eines[br]Magnetfelds oder ein einzelnes Photon.

0:03:04.580,0:03:07.518
Null und Eins sind die möglichen Stadien,

0:03:07.518,0:03:10.678
wie die horizontale oder vertikale[br]Polarität eines Photons.

0:03:11.148,0:03:14.524
In der Quantenwelt muss das Qubit nicht[br]unbedingt einer dieser Stadien haben;

0:03:14.524,0:03:17.656
Es kann in beliebigen Anteilen beide[br]Stadien zugleich haben.

0:03:17.896,0:03:19.905
Dies nennt man "Superposition".

0:03:20.355,0:03:24.270
Aber sobald man seinen Wert testen möchte, angenommen [br]indem man das Photon durch einen Filter sendet,

0:03:24.270,0:03:28.664
muss es sich entscheiden, ob es vertikal[br]oder horizontan polarisiert ist.

0:03:29.234,0:03:33.722
Solange es unbeobachtet ist, ist der[br]Quibit in einer Superposition der

0:03:33.722,0:03:36.953
Möglichkeiten Null und Eins, und man kann[br]nicht vorhersagen, was es sein wird.

0:03:37.623,0:03:41.690
Denn in dem Moment, in dem man es misst,[br]kollabiert es in eines der beiden Stadien.

0:03:42.380,0:03:44.537
Die "Superposition" ist ein[br]Spielveränderer.

0:03:45.267,0:03:48.233
Vier Bits können in 2 hoch 4

0:03:48.233,0:03:50.040
verschiedenen Konfigurationen zur gleichen Zeit sein.

0:03:50.422,0:03:54.400
Das sind 16 mögliche Kombinationen, aus[br]denen man nur eine benutzen kann.

0:03:54.960,0:03:57.016
Vier Qubits in einer Superposition

0:03:57.016,0:04:00.202
können jedoch in allen der 16 Kombinationen auf einmal[br]sein!

0:04:00.875,0:04:04.020
Diese Nummer steigt exponentiell mit jedem[br]weiteren Qubit.

0:04:04.530,0:04:08.110
20 von ihnen können bereits eine Million[br]Werte gleichzeitig darstellen.

0:04:08.780,0:04:11.680
Eine wirklich merkwürdige Eigenschaft,[br]welche Qubits haben können,

0:04:11.680,0:04:15.147
ist eine Verstrickung, eine enge[br]Verbindung, die jeden dieser Qubits

0:04:15.147,0:04:17.968
zur Veränderung des Stadiums eines anderen[br]Qubits sofort reagieren lässt,

0:04:17.968,0:04:20.084
egal wie weit sie voneinander weg sind.

0:04:20.564,0:04:23.254
Dies bedeutet, dass, wenn man ein[br]verstricktes Qubit misst,

0:04:23.254,0:04:27.562
man sofort den Wert aller anderen mit ihm[br]verstrickten Qubits feststellen kann.

0:04:27.942,0:04:30.718
Die Qubit Manipulation ist[br]Verstand verändert.

0:04:31.118,0:04:34.010
Ein normales logisches Gatter bekommt ein[br]einfaches Set an Eingaben

0:04:34.010,0:04:36.133
und produziert eine definierte Ausgabe.

0:04:36.654,0:04:39.863
Ein Quanten-Gatter manipuliert[br]die Eingabe von Superpositionen,

0:04:39.863,0:04:44.780
rotiert die Möglichkeiten, und produziert[br]andere Superpositionen als Ausgabe.

0:04:45.430,0:04:49.965
Ein Quantencomputer richtet also Qubits ein,[br]benutzt Quanten-Gatter zum Vernetzen,

0:04:49.965,0:04:53.171
manipuliert die Warscheinlichkeiten und[br]misst letztlich die Ausgabe.

0:04:53.171,0:04:57.501
Die Superpositionen brechen dabei zu einer[br]Sequenz aus Nullen und Einsen zusammen.

0:04:57.991,0:05:00.996
Dies bedeutet, dass die ganzen[br]Rechnungen,

0:05:00.996,0:05:04.138
welche mit der Konfiguration möglich sind, zeitgleich berechnet werden.

0:05:04.728,0:05:06.895
Letztendlich kann man nur eins der Ergebnisse messen

0:05:06.895,0:05:09.466
und es wird nur vielleicht das Ergebnis sein, welches man will,

0:05:09.466,0:05:11.697
sodass man möglicherweise doppelt überprüfen und nochmals probieren muss..

0:05:12.717,0:05:15.886
Wenn man aber die Superposition und Verwicklung geschickt ausnutzt,

0:05:15.886,0:05:17.888
kann dies exponentiell effizienter sein,

0:05:17.888,0:05:20.427
als es jemals auf einem normalen Computer wäre.

0:05:21.747,0:05:25.463
Obwohl Quantencomputer wohl nicht unsere Computer zu Hause ersetzen werden,

0:05:25.463,0:05:28.201
sind sie in manchen Bereichen weit überlegen.

0:05:28.771,0:05:30.457
Einer dieser Bereiche ist die Datenbanksuche.

0:05:30.817,0:05:32.264
Um etwas in einer Datenbank zu finden,

0:05:32.264,0:05:35.479
muss ein normaler Computer möglicherweise jeden einzelnen Eintrag testen.

0:05:36.019,0:05:38.812
Quantenalgorithmen benötigen nur die Quadratwurzel dieser Zeit,

0:05:38.812,0:05:41.934
was für große Datenbanken einen entscheidenden Unterschied macht.

0:05:42.761,0:05:46.595
Der berühmteste Gebrauch von Quantencomputer ruiniert die IT-Sicherheit.

0:05:47.235,0:05:49.746
Jetzt gerade werden dein Browsing, deine E-Mail und deine Kontodaten

0:05:49.746,0:05:53.193
durch ein verschlüsseltes System geheim gehalten, in dem man jedem

0:05:53.193,0:05:56.587
einen öffentlichen Schlüssel zum Verschlüsseln von Nachrichten gibt, die man nur selber entschlüsseln kann.

0:05:57.057,0:05:59.889
Das Problem ist, dass dieser öffentliche Schlüssel tatsächlich benutzt werden kann,

0:05:59.889,0:06:02.014
um deinen privaten geheimen Schlüssel zu errechnen.

0:06:02.544,0:06:05.520
Zum Glück würde die notwendige Mathearbeit auf einem normalen Computer

0:06:05.520,0:06:07.690
praktisch Jahre dauern und man würde ewig versuchen, und falsch liegen.

0:06:08.110,0:06:10.520
Aber ein Quantencomputer mit exponentieller Beschleunigung

0:06:10.520,0:06:11.906
könnte es in einem Luftzug tun.

0:06:12.636,0:06:15.345
Ein weitere aufregende Nutzung sind Simulationen.

0:06:15.795,0:06:18.897
Simulationen der Quantenwelt sind sehr reich an Mitteln,

0:06:18.897,0:06:22.062
aber bei noch größeren Strukturen wie beispielsweise Molekülen,

0:06:22.062,0:06:23.954
fehlt ihnen oft die Genauigkeit.

0:06:24.504,0:06:28.254
Also warum simuliert man nicht die Quantenphysik mit der tatsächlichen Quantenpyhsik?

0:06:29.004,0:06:31.888
Quantensimulationen könnten neue Einblicke in Proteine verschaffen,

0:06:31.888,0:06:33.783
die unsere Medizin revolutionieren könnten.

0:06:34.403,0:06:36.878
Im Moment wissen wir nicht, ob Quantencomputer

0:06:36.878,0:06:40.680
nur ein sehr spezialisiertes Werkzeug oder eine große Revolution für die Menschheit sein werden.

0:06:41.090,0:06:43.733
Wir haben keine Ahnung, wo die Grenzen der Technologie liegen,

0:06:43.733,0:06:45.863
und es gibt nur einen einzigen Weg, um dies herauszufinden!

0:06:47.563,0:06:50.625
Diese Video wurde von der Australischen Wissenschaftsakademie unterstützt,

0:06:50.625,0:06:53.525
die Exzellenz in der Wissenschaft unterstützt und fördert.

0:06:54.425,0:06:56.595
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