WEBVTT

00:00:00.195 --> 00:00:03.313
Für die meiste Zeit der Geschichte bestand
die Technologie der Menschen

00:00:03.313 --> 00:00:06.051
aus unserem Gehirn, Feuer und
scharfen Speeren.

00:00:06.631 --> 00:00:10.102
Während Feuer und Speere zu Kraftwerken
und nuklearen Waffen wurden,

00:00:10.102 --> 00:00:12.692
fand das größte Upgrade in unserer
geistlichen Entwicklung statt.

00:00:13.132 --> 00:00:17.619
Seit den 60ern ist die Leistung
unserer Computer exponentiell gestiegen.

00:00:17.619 --> 00:00:21.794
Dadurch sind Computern kleiner und
zugleich leistungsstärker geworden.

00:00:22.524 --> 00:00:25.444
Dieser Prozess wird aber bald seine
physikalischen Grenzen erreichen.

00:00:25.834 --> 00:00:28.721
Computer Teile sind auf dem Weg,
die Größe eines Atoms zu erreichen.

00:00:29.391 --> 00:00:32.689
Um zu verstehen, warum dies ein Problem
ist, müssen wir zuerst ein paar Grundlagen klären.

00:00:39.666 --> 00:00:43.903
Ein Computer besteht aus einfachen
Komponenten mit einfachen Aufgaben,

00:00:43.903 --> 00:00:48.474
wie Daten darstellen, diese verarbeiten
und Mechanismen kontrollieren.

00:00:49.064 --> 00:00:50.678
Computer Chips beinhalten Module,

00:00:50.678 --> 00:00:53.906
welche Logikgatter beinhalten,
welche Transistoren beinhalten.

00:00:54.556 --> 00:00:58.459
Ein Transistor ist die einfachste Art
eines Datenprozessors in Computern.

00:00:58.459 --> 00:01:01.555
Im Grunde ein Schalter, welcher den
Datenstrom

00:01:01.555 --> 00:01:03.479
blocken oder durchlassen kann.

00:01:03.939 --> 00:01:08.463
Diese Informationen bestehen aus Bits,
die auf Null oder Eins eingestellt werden können.

00:01:09.073 --> 00:01:12.982
Die Kombinationen aus mehreren Bits
stellen komplexere Informationen dar.

00:01:13.502 --> 00:01:18.025
Transistoren sind kombinierte Logikgatter,
welche einfache Dinge machen.

00:01:18.025 --> 00:01:22.888
Ein UND Gatter gibt EINS aus, wenn alle
Eingaben auf EINS stehen und

00:01:22.888 --> 00:01:25.104
ansonsten eine NULL.

00:01:25.664 --> 00:01:28.982
Mehrere Logikgatter formen ein bedeutendes
Modul,

00:01:28.982 --> 00:01:31.066
zum Beispiel, um zwei Zahlen zu addieren.

00:01:31.446 --> 00:01:35.134
Wenn man addieren kann, kann man auch
multiplizieren,

00:01:35.134 --> 00:01:36.851
und wenn man multiplizieren kann,
kann man grundsätzlich alles machen.

00:01:37.481 --> 00:01:41.038
Da alle Verfahren einfacher sind
als Mathe in der ersten Klasse,

00:01:41.038 --> 00:01:43.729
kann man sich einen Computer als
eine Gruppe 7-Jähriger vorstellen, welche

00:01:43.729 --> 00:01:46.038
einfache mathematischen Fragen beantworten.

00:01:46.578 --> 00:01:50.717
Eine große Gruppe von ihene kann alles von
Astrophysik bis Zelda berechnen.

00:01:51.277 --> 00:01:53.617
Das Kleinerwerden von Computerteilen

00:01:53.617 --> 00:01:56.049
wird durch die Quantenpyhsik schwieriger.

00:01:56.649 --> 00:01:59.805
Kurzgesagt ist ein Transistor einfach nur
ein elektronischer Schalter.

00:02:00.105 --> 00:02:03.111
Strom bedeutet, dass Elektronen von einem Ort zu einem anderen gehen.

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.

00:02:08.408 --> 00:02:11.678
Heute beträgt die durchschnittliche Größe
für einen Transistoren 14nm,

00:02:11.678 --> 00:02:15.481
was ca. 8 mal kleiner ist als
der Durchmesser des HIV Virus

00:02:15.481 --> 00:02:18.451
und 500 mal kleiner als eine
rote Blutzelle.

00:02:18.931 --> 00:02:22.497
Während Transistoren zu der Größe von
wenigen Atomen schrumpfen,

00:02:22.497 --> 00:02:25.929
können sich sich Elektronen selbst zur
anderen Seite einer blockierten Passage transferieren

00:02:25.929 --> 00:02:28.173
durch den sogenannten Tunneleffekt.

00:02:28.643 --> 00:02:31.649
Im Bereich der Quantenphysik funktioniert
Physik etwas anders,

00:02:31.649 --> 00:02:33.358
als die Art und Weise, wie wir es gewohnt sind.

00:02:33.358 --> 00:02:36.561
und traditionelle Computer ergeben
keinen Sinn mehr.

00:02:37.071 --> 00:02:40.935
Wir erreichen eine physikalische Grenze
für unseren technischen Fortschritt.

00:02:41.655 --> 00:02:44.001
Um dieses Problem zu lösen, versuchen
Wissenschaftler

00:02:44.001 --> 00:02:47.016
diese ungewöhnlichen Quanteneigenschaften
zu unserem Vorteil zu nutzen,

00:02:47.016 --> 00:02:49.052
indem sie Quantencomputer bauen.

00:02:49.664 --> 00:02:53.141
In normalen Computern sind Bits die
kleinste Einheit der Information.

00:02:53.611 --> 00:02:57.787
Quantencomputer benutzen "Qubits", die auch auf einen von zwei Werten eingestellt werden können.

00:02:58.287 --> 00:03:00.613
Ein Qubit kann irgendein
2-Level Quanten-System sein,

00:03:00.613 --> 00:03:04.290
wie zum Beispiel die Richtung eines
Magnetfelds oder ein einzelnes Photon.

00:03:04.580 --> 00:03:07.518
Null und Eins sind die möglichen Stadien,

00:03:07.518 --> 00:03:10.678
wie die horizontale oder vertikale
Polarität eines Photons.

00:03:11.148 --> 00:03:14.524
In der Quantenwelt muss das Qubit nicht
unbedingt einer dieser Stadien haben;

00:03:14.524 --> 00:03:17.656
Es kann in beliebigen Anteilen beide
Stadien zugleich haben.

00:03:17.896 --> 00:03:19.905
Dies nennt man "Superposition".

00:03:20.355 --> 00:03:24.270
Aber sobald man seinen Wert testen möchte, angenommen 
indem man das Photon durch einen Filter sendet,

00:03:24.270 --> 00:03:28.664
muss es sich entscheiden, ob es vertikal
oder horizontan polarisiert ist.

00:03:29.234 --> 00:03:33.722
Solange es unbeobachtet ist, ist der
Quibit in einer Superposition der

00:03:33.722 --> 00:03:36.953
Möglichkeiten Null und Eins, und man kann
nicht vorhersagen, was es sein wird.

00:03:37.623 --> 00:03:41.690
Denn in dem Moment, in dem man es misst,
kollabiert es in eines der beiden Stadien.

00:03:42.380 --> 00:03:44.537
Die "Superposition" ist ein
Spielveränderer.

00:03:45.267 --> 00:03:48.233
Vier Bits können in 2 hoch 4

00:03:48.233 --> 00:03:50.040
verschiedenen Konfigurationen zur gleichen Zeit sein.

00:03:50.422 --> 00:03:54.400
Das sind 16 mögliche Kombinationen, aus
denen man nur eine benutzen kann.

00:03:54.960 --> 00:03:57.016
Vier Qubits in einer Superposition

00:03:57.016 --> 00:04:00.202
können jedoch in allen der 16 Kombinationen auf einmal
sein!

00:04:00.875 --> 00:04:04.020
Diese Nummer steigt exponentiell mit jedem
weiteren Qubit.

00:04:04.530 --> 00:04:08.110
20 von ihnen können bereits eine Million
Werte gleichzeitig darstellen.

00:04:08.780 --> 00:04:11.680
Eine wirklich merkwürdige Eigenschaft,
welche Qubits haben können,

00:04:11.680 --> 00:04:15.147
ist eine Verstrickung, eine enge
Verbindung, die jeden dieser Qubits

00:04:15.147 --> 00:04:17.968
zur Veränderung des Stadiums eines anderen
Qubits sofort reagieren lässt,

00:04:17.968 --> 00:04:20.084
egal wie weit sie voneinander weg sind.

00:04:20.564 --> 00:04:23.254
Dies bedeutet, dass, wenn man ein
verstricktes Qubit misst,

00:04:23.254 --> 00:04:27.562
man sofort den Wert aller anderen mit ihm
verstrickten Qubits feststellen kann.

00:04:27.942 --> 00:04:30.718
Die Qubit Manipulation ist
Verstand verändert.

00:04:31.118 --> 00:04:34.010
Ein normales logisches Gatter bekommt ein
einfaches Set an Eingaben

00:04:34.010 --> 00:04:36.133
und produziert eine definierte Ausgabe.

00:04:36.654 --> 00:04:39.863
Ein Quanten-Gatter manipuliert
die Eingabe von Superpositionen,

00:04:39.863 --> 00:04:44.780
rotiert die Möglichkeiten, und produziert
andere Superpositionen als Ausgabe.

00:04:45.430 --> 00:04:49.965
Ein Quantencomputer richtet also Qubits ein,
benutzt Quanten-Gatter zum Vernetzen,

00:04:49.965 --> 00:04:53.171
manipuliert die Warscheinlichkeiten und
misst letztlich die Ausgabe.

00:04:53.171 --> 00:04:57.501
Die Superpositionen brechen dabei zu einer
Sequenz aus Nullen und Einsen zusammen.

00:04:57.991 --> 00:05:00.996
Dies bedeutet, dass die ganzen
Rechnungen,

00:05:00.996 --> 00:05:04.138
welche mit der Konfiguration möglich sind, zeitgleich berechnet werden.

00:05:04.728 --> 00:05:06.895
Letztendlich kann man nur eins der Ergebnisse messen

00:05:06.895 --> 00:05:09.466
und es wird nur vielleicht das Ergebnis sein, welches man will,

00:05:09.466 --> 00:05:11.697
sodass man möglicherweise doppelt überprüfen und nochmals probieren muss..

00:05:12.717 --> 00:05:15.886
Wenn man aber die Superposition und Verwicklung geschickt ausnutzt,

00:05:15.886 --> 00:05:17.888
kann dies exponentiell effizienter sein,

00:05:17.888 --> 00:05:20.427
als es jemals auf einem normalen Computer wäre.

00:05:21.747 --> 00:05:25.463
Obwohl Quantencomputer wohl nicht unsere Computer zu Hause ersetzen werden,

00:05:25.463 --> 00:05:28.201
sind sie in manchen Bereichen weit überlegen.

00:05:28.771 --> 00:05:30.457
Einer dieser Bereiche ist die Datenbanksuche.

00:05:30.817 --> 00:05:32.264
Um etwas in einer Datenbank zu finden,

00:05:32.264 --> 00:05:35.479
muss ein normaler Computer möglicherweise jeden einzelnen Eintrag testen.

00:05:36.019 --> 00:05:38.812
Quantenalgorithmen benötigen nur die Quadratwurzel dieser Zeit,

00:05:38.812 --> 00:05:41.934
was für große Datenbanken einen entscheidenden Unterschied macht.

00:05:42.761 --> 00:05:46.595
Der berühmteste Gebrauch von Quantencomputer ruiniert die IT-Sicherheit.

00:05:47.235 --> 00:05:49.746
Jetzt gerade werden dein Browsing, deine E-Mail und deine Kontodaten

00:05:49.746 --> 00:05:53.193
durch ein verschlüsseltes System geheim gehalten, in dem man jedem

00:05:53.193 --> 00:05:56.587
einen öffentlichen Schlüssel zum Verschlüsseln von Nachrichten gibt, die man nur selber entschlüsseln kann.

00:05:57.057 --> 00:05:59.889
Das Problem ist, dass dieser öffentliche Schlüssel tatsächlich benutzt werden kann,

00:05:59.889 --> 00:06:02.014
um deinen privaten geheimen Schlüssel zu errechnen.

00:06:02.544 --> 00:06:05.520
Zum Glück würde die notwendige Mathearbeit auf einem normalen Computer

00:06:05.520 --> 00:06:07.690
praktisch Jahre dauern und man würde ewig versuchen, und falsch liegen.

00:06:08.110 --> 00:06:10.520
Aber ein Quantencomputer mit exponentieller Beschleunigung

00:06:10.520 --> 00:06:11.906
könnte es in einem Luftzug tun.

00:06:12.636 --> 00:06:15.345
Ein weitere aufregende Nutzung sind Simulationen.

00:06:15.795 --> 00:06:18.897
Simulationen der Quantenwelt sind sehr reich an Mitteln,

00:06:18.897 --> 00:06:22.062
aber bei noch größeren Strukturen wie beispielsweise Molekülen,

00:06:22.062 --> 00:06:23.954
fehlt ihnen oft die Genauigkeit.

00:06:24.504 --> 00:06:28.254
Also warum simuliert man nicht die Quantenphysik mit der tatsächlichen Quantenpyhsik?

00:06:29.004 --> 00:06:31.888
Quantensimulationen könnten neue Einblicke in Proteine verschaffen,

00:06:31.888 --> 00:06:33.783
die unsere Medizin revolutionieren könnten.

00:06:34.403 --> 00:06:36.878
Im Moment wissen wir nicht, ob Quantencomputer

00:06:36.878 --> 00:06:40.680
nur ein sehr spezialisiertes Werkzeug oder eine große Revolution für die Menschheit sein werden.

00:06:41.090 --> 00:06:43.733
Wir haben keine Ahnung, wo die Grenzen der Technologie liegen,

00:06:43.733 --> 00:06:45.863
und es gibt nur einen einzigen Weg, um dies herauszufinden!

00:06:47.563 --> 00:06:50.625
Diese Video wurde von der Australischen Wissenschaftsakademie unterstützt,

00:06:50.625 --> 00:06:53.525
die Exzellenz in der Wissenschaft unterstützt und fördert.

00:06:54.425 --> 00:06:56.595
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00:06:58.911 --> 00:07:01.917
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