1 00:00:00,195 --> 00:00:03,313 Für die meiste Zeit der Geschichte bestand die Technologie der Menschen 2 00:00:03,313 --> 00:00:06,051 aus unserem Gehirn, Feuer und scharfen Speeren. 3 00:00:06,631 --> 00:00:10,102 Während Feuer und Speere zu Kraftwerken und nuklearen Waffen wurden, 4 00:00:10,102 --> 00:00:12,692 fand das größte Upgrade in unserer geistlichen Entwicklung statt. 5 00:00:13,132 --> 00:00:17,619 Seit den 60ern ist die Leistung unserer Computer exponentiell gestiegen. 6 00:00:17,619 --> 00:00:21,794 Dadurch sind Computern kleiner und zugleich leistungsstärker geworden. 7 00:00:22,524 --> 00:00:25,444 Dieser Prozess wird aber bald seine physikalischen Grenzen erreichen. 8 00:00:25,834 --> 00:00:28,721 Computer Teile sind auf dem Weg, die Größe eines Atoms zu erreichen. 9 00:00:29,391 --> 00:00:32,689 Um zu verstehen, warum dies ein Problem ist, müssen wir zuerst ein paar Grundlagen klären. 10 00:00:39,666 --> 00:00:43,903 Ein Computer besteht aus einfachen Komponenten mit einfachen Aufgaben, 11 00:00:43,903 --> 00:00:48,474 wie Daten darstellen, diese verarbeiten und Mechanismen kontrollieren. 12 00:00:49,064 --> 00:00:50,678 Computer Chips beinhalten Module, 13 00:00:50,678 --> 00:00:53,906 welche Logikgatter beinhalten, welche Transistoren beinhalten. 14 00:00:54,556 --> 00:00:58,459 Ein Transistor ist die einfachste Art eines Datenprozessors in Computern. 15 00:00:58,459 --> 00:01:01,555 Im Grunde ein Schalter, welcher den Datenstrom 16 00:01:01,555 --> 00:01:03,479 blocken oder durchlassen kann. 17 00:01:03,939 --> 00:01:08,463 Diese Informationen bestehen aus Bits, die auf Null oder Eins eingestellt werden können. 18 00:01:09,073 --> 00:01:12,982 Die Kombinationen aus mehreren Bits stellen komplexere Informationen dar. 19 00:01:13,502 --> 00:01:18,025 Transistoren sind kombinierte Logikgatter, welche einfache Dinge machen. 20 00:01:18,025 --> 00:01:22,888 Ein UND Gatter gibt EINS aus, wenn alle Eingaben auf EINS stehen und 21 00:01:22,888 --> 00:01:25,104 ansonsten eine NULL. 22 00:01:25,664 --> 00:01:28,982 Mehrere Logikgatter formen ein bedeutendes Modul, 23 00:01:28,982 --> 00:01:31,066 zum Beispiel, um zwei Zahlen zu addieren. 24 00:01:31,446 --> 00:01:35,134 Wenn man addieren kann, kann man auch multiplizieren, 25 00:01:35,134 --> 00:01:36,851 und wenn man multiplizieren kann, kann man grundsätzlich alles machen. 26 00:01:37,481 --> 00:01:41,038 Da alle Verfahren einfacher sind als Mathe in der ersten Klasse, 27 00:01:41,038 --> 00:01:43,729 kann man sich einen Computer als eine Gruppe 7-Jähriger vorstellen, welche 28 00:01:43,729 --> 00:01:46,038 einfache mathematischen Fragen beantworten. 29 00:01:46,578 --> 00:01:50,717 Eine große Gruppe von ihene kann alles von Astrophysik bis Zelda berechnen. 30 00:01:51,277 --> 00:01:53,617 Das Kleinerwerden von Computerteilen 31 00:01:53,617 --> 00:01:56,049 wird durch die Quantenpyhsik schwieriger. 32 00:01:56,649 --> 00:01:59,805 Kurzgesagt ist ein Transistor einfach nur ein elektronischer Schalter. 33 00:02:00,105 --> 00:02:03,111 Strom bedeutet, dass Elektronen von einem Ort zu einem anderen gehen. 34 00:02:03,111 --> 00:02:07,818 Somit ist ein Schalter eine Passage, welcher Elektronen daran hindern kann, sich in eine Richtung zu bewegen. 35 00:02:08,408 --> 00:02:11,678 Heute beträgt die durchschnittliche Größe für einen Transistoren 14nm, 36 00:02:11,678 --> 00:02:15,481 was ca. 8 mal kleiner ist als der Durchmesser des HIV Virus 37 00:02:15,481 --> 00:02:18,451 und 500 mal kleiner als eine rote Blutzelle. 38 00:02:18,931 --> 00:02:22,497 Während Transistoren zu der Größe von wenigen Atomen schrumpfen, 39 00:02:22,497 --> 00:02:25,929 können sich sich Elektronen selbst zur anderen Seite einer blockierten Passage transferieren 40 00:02:25,929 --> 00:02:28,173 durch den sogenannten Tunneleffekt. 41 00:02:28,643 --> 00:02:31,649 Im Bereich der Quantenphysik funktioniert Physik etwas anders, 42 00:02:31,649 --> 00:02:33,358 als die Art und Weise, wie wir es gewohnt sind. 43 00:02:33,358 --> 00:02:36,561 und traditionelle Computer ergeben keinen Sinn mehr. 44 00:02:37,071 --> 00:02:40,935 Wir erreichen eine physikalische Grenze für unseren technischen Fortschritt. 45 00:02:41,655 --> 00:02:44,001 Um dieses Problem zu lösen, versuchen Wissenschaftler 46 00:02:44,001 --> 00:02:47,016 diese ungewöhnlichen Quanteneigenschaften zu unserem Vorteil zu nutzen, 47 00:02:47,016 --> 00:02:49,052 indem sie Quantencomputer bauen. 48 00:02:49,664 --> 00:02:53,141 In normalen Computern sind Bits die kleinste Einheit der Information. 49 00:02:53,611 --> 00:02:57,787 Quantencomputer benutzen "Qubits", die auch auf einen von zwei Werten eingestellt werden können. 50 00:02:58,287 --> 00:03:00,613 Ein Qubit kann irgendein 2-Level Quanten-System sein, 51 00:03:00,613 --> 00:03:04,290 wie zum Beispiel die Richtung eines Magnetfelds oder ein einzelnes Photon. 52 00:03:04,580 --> 00:03:07,518 Null und Eins sind die möglichen Stadien, 53 00:03:07,518 --> 00:03:10,678 wie die horizontale oder vertikale Polarität eines Photons. 54 00:03:11,148 --> 00:03:14,524 In der Quantenwelt muss das Qubit nicht unbedingt einer dieser Stadien haben; 55 00:03:14,524 --> 00:03:17,656 Es kann in beliebigen Anteilen beide Stadien zugleich haben. 56 00:03:17,896 --> 00:03:19,905 Dies nennt man "Superposition". 57 00:03:20,355 --> 00:03:24,270 Aber sobald man seinen Wert testen möchte, angenommen indem man das Photon durch einen Filter sendet, 58 00:03:24,270 --> 00:03:28,664 muss es sich entscheiden, ob es vertikal oder horizontan polarisiert ist. 59 00:03:29,234 --> 00:03:33,722 Solange es unbeobachtet ist, ist der Quibit in einer Superposition der 60 00:03:33,722 --> 00:03:36,953 Möglichkeiten Null und Eins, und man kann nicht vorhersagen, was es sein wird. 61 00:03:37,623 --> 00:03:41,690 Denn in dem Moment, in dem man es misst, kollabiert es in eines der beiden Stadien. 62 00:03:42,380 --> 00:03:44,537 Die "Superposition" ist ein Spielveränderer. 63 00:03:45,267 --> 00:03:48,233 Vier Bits können in 2 hoch 4 64 00:03:48,233 --> 00:03:50,040 verschiedenen Konfigurationen zur gleichen Zeit sein. 65 00:03:50,422 --> 00:03:54,400 Das sind 16 mögliche Kombinationen, aus denen man nur eine benutzen kann. 66 00:03:54,960 --> 00:03:57,016 Vier Qubits in einer Superposition 67 00:03:57,016 --> 00:04:00,202 können jedoch in allen der 16 Kombinationen auf einmal sein! 68 00:04:00,875 --> 00:04:04,020 Diese Nummer steigt exponentiell mit jedem weiteren Qubit. 69 00:04:04,530 --> 00:04:08,110 20 von ihnen können bereits eine Million Werte gleichzeitig darstellen. 70 00:04:08,780 --> 00:04:11,680 Eine wirklich merkwürdige Eigenschaft, welche Qubits haben können, 71 00:04:11,680 --> 00:04:15,147 ist eine Verstrickung, eine enge Verbindung, die jeden dieser Qubits 72 00:04:15,147 --> 00:04:17,968 zur Veränderung des Stadiums eines anderen Qubits sofort reagieren lässt, 73 00:04:17,968 --> 00:04:20,084 egal wie weit sie voneinander weg sind. 74 00:04:20,564 --> 00:04:23,254 Dies bedeutet, dass, wenn man ein verstricktes Qubit misst, 75 00:04:23,254 --> 00:04:27,562 man sofort den Wert aller anderen mit ihm verstrickten Qubits feststellen kann. 76 00:04:27,942 --> 00:04:30,718 Die Qubit Manipulation ist Verstand verändert. 77 00:04:31,118 --> 00:04:34,010 Ein normales logisches Gatter bekommt ein einfaches Set an Eingaben 78 00:04:34,010 --> 00:04:36,133 und produziert eine definierte Ausgabe. 79 00:04:36,654 --> 00:04:39,863 Ein Quanten-Gatter manipuliert die Eingabe von Superpositionen, 80 00:04:39,863 --> 00:04:44,780 rotiert die Möglichkeiten, und produziert andere Superpositionen als Ausgabe. 81 00:04:45,430 --> 00:04:49,965 Ein Quantencomputer richtet also Qubits ein, benutzt Quanten-Gatter zum Vernetzen, 82 00:04:49,965 --> 00:04:53,171 manipuliert die Warscheinlichkeiten und misst letztlich die Ausgabe. 83 00:04:53,171 --> 00:04:57,501 Die Superpositionen brechen dabei zu einer Sequenz aus Nullen und Einsen zusammen. 84 00:04:57,991 --> 00:05:00,996 Dies bedeutet, dass die ganzen Rechnungen, 85 00:05:00,996 --> 00:05:04,138 welche mit der Konfiguration möglich sind, zeitgleich berechnet werden. 86 00:05:04,728 --> 00:05:06,895 Letztendlich kann man nur eins der Ergebnisse messen 87 00:05:06,895 --> 00:05:09,466 und es wird nur vielleicht das Ergebnis sein, welches man will, 88 00:05:09,466 --> 00:05:11,697 sodass man möglicherweise doppelt überprüfen und nochmals probieren muss.. 89 00:05:12,717 --> 00:05:15,886 Wenn man aber die Superposition und Verwicklung geschickt ausnutzt, 90 00:05:15,886 --> 00:05:17,888 kann dies exponentiell effizienter sein, 91 00:05:17,888 --> 00:05:20,427 als es jemals auf einem normalen Computer wäre. 92 00:05:21,747 --> 00:05:25,463 Obwohl Quantencomputer wohl nicht unsere Computer zu Hause ersetzen werden, 93 00:05:25,463 --> 00:05:28,201 sind sie in manchen Bereichen weit überlegen. 94 00:05:28,771 --> 00:05:30,457 Einer dieser Bereiche ist die Datenbanksuche. 95 00:05:30,817 --> 00:05:32,264 Um etwas in einer Datenbank zu finden, 96 00:05:32,264 --> 00:05:35,479 muss ein normaler Computer möglicherweise jeden einzelnen Eintrag testen. 97 00:05:36,019 --> 00:05:38,812 Quantenalgorithmen benötigen nur die Quadratwurzel dieser Zeit, 98 00:05:38,812 --> 00:05:41,934 was für große Datenbanken einen entscheidenden Unterschied macht. 99 00:05:42,761 --> 00:05:46,595 Der berühmteste Gebrauch von Quantencomputer ruiniert die IT-Sicherheit. 100 00:05:47,235 --> 00:05:49,746 Jetzt gerade werden dein Browsing, deine E-Mail und deine Kontodaten 101 00:05:49,746 --> 00:05:53,193 durch ein verschlüsseltes System geheim gehalten, in dem man jedem 102 00:05:53,193 --> 00:05:56,587 einen öffentlichen Schlüssel zum Verschlüsseln von Nachrichten gibt, die man nur selber entschlüsseln kann. 103 00:05:57,057 --> 00:05:59,889 Das Problem ist, dass dieser öffentliche Schlüssel tatsächlich benutzt werden kann, 104 00:05:59,889 --> 00:06:02,014 um deinen privaten geheimen Schlüssel zu errechnen. 105 00:06:02,544 --> 00:06:05,520 Zum Glück würde die notwendige Mathearbeit auf einem normalen Computer 106 00:06:05,520 --> 00:06:07,690 praktisch Jahre dauern und man würde ewig versuchen, und falsch liegen. 107 00:06:08,110 --> 00:06:10,520 Aber ein Quantencomputer mit exponentieller Beschleunigung 108 00:06:10,520 --> 00:06:11,906 könnte es in einem Luftzug tun. 109 00:06:12,636 --> 00:06:15,345 Ein weitere aufregende Nutzung sind Simulationen. 110 00:06:15,795 --> 00:06:18,897 Simulationen der Quantenwelt sind sehr reich an Mitteln, 111 00:06:18,897 --> 00:06:22,062 aber bei noch größeren Strukturen wie beispielsweise Molekülen, 112 00:06:22,062 --> 00:06:23,954 fehlt ihnen oft die Genauigkeit. 113 00:06:24,504 --> 00:06:28,254 Also warum simuliert man nicht die Quantenphysik mit der tatsächlichen Quantenpyhsik? 114 00:06:29,004 --> 00:06:31,888 Quantensimulationen könnten neue Einblicke in Proteine verschaffen, 115 00:06:31,888 --> 00:06:33,783 die unsere Medizin revolutionieren könnten. 116 00:06:34,403 --> 00:06:36,878 Im Moment wissen wir nicht, ob Quantencomputer 117 00:06:36,878 --> 00:06:40,680 nur ein sehr spezialisiertes Werkzeug oder eine große Revolution für die Menschheit sein werden. 118 00:06:41,090 --> 00:06:43,733 Wir haben keine Ahnung, wo die Grenzen der Technologie liegen, 119 00:06:43,733 --> 00:06:45,863 und es gibt nur einen einzigen Weg, um dies herauszufinden! 120 00:06:47,563 --> 00:06:50,625 Diese Video wurde von der Australischen Wissenschaftsakademie unterstützt, 121 00:06:50,625 --> 00:06:53,525 die Exzellenz in der Wissenschaft unterstützt und fördert. 122 00:06:54,425 --> 00:06:56,595 Erfahre mehr über dieses Thema 123 00:06:56,595 --> 00:06:58,567 auf http://nova.org.au/ 124 00:06:58,911 --> 00:07:01,917 Es war unglaublich hilfreich mit ihnen zu arbeiten, also besucht ihre Seite! 125 00:07:02,387 --> 00:07:06,070 Unsere Videos werden auch durch die Unterstützung auf Patreon.com möglich gemacht. 126 00:07:06,630 --> 00:07:10,796 Wenn du uns unterstützen möchtest und ein Teil der Vogelarmee von Kurzgesagt werden willst, 127 00:07:10,796 --> 00:07:12,361 geh auf unsere Patreon Seite!