"Quantum Computing" erklärt in 10 Minuten

Ein Quantencomputer ist nicht nur eine leistungsfähigere Version unserer herkömmlichen Computer. Er ist etwas ganz anderes, basierend auf neu entstehenden wissenschaftlichen Erkenntnissen -- und mehr als nur ein bisschen Unsicherheit. Betrete das Quantenwunderland mit TED Fellow Shohini Ghose und erfahre, welches Potential in dieser Technologie steckt: von Veränderungen in der Medizin, über unknackbare Verschlüsselungen, bis zu Teleportation von Informationen.

Lassen Sie uns ein Spiel spielen.

Nehmen wir an, Sie sind in Las Vegas,

in einem Casino.

Und Sie spielen ein Spiel
an einem der Computer im Casino,

so wie Sie Solitaire
oder Schach spielen würden.

Der Computer kann Spielzüge machen,
so als wäre er ein Mensch.

Nehmen wir ein Spiel mit einer Münze.

Es beginnt mit einer Münze,
die Kopf zeigt.

Der Computer ist zuerst an der Reihe.

Er kann die Münze
entweder werfen oder nicht.

Sie sehen aber nicht,
wie er sich entscheidet.

Jetzt sind Sie dran.

Auch Sie können die Münze
werfen oder nicht.

Und der Computer sieht nicht,
wie Sie sich entscheiden.

Zuletzt spielt der Computer nochmal
und kann wieder werfen oder nicht.

Nach diesen drei Runden

wird die Münze aufgedeckt

und bei Kopf gewinnt der Computer,

bei Zahl gewinnen Sie.

Das ist ein ziemlich simples Spiel.

Wenn jeder ehrlich spielt
und die Münze echt ist,

dann haben Sie eine 50%ige
Gewinnchance in diesem Spiel.

Um das zu bestätigen,

ließ ich meine Studenten dieses Spiel
auf unseren Computern spielen.

Nach vielen, vielen Durchläufen

lagen ihre Gewinnchancen bei rund 50%

wie erwartet.

Ein langweiliges Spiel, nicht wahr?

Aber was, wenn Sie dieses Spiel
auf einem Quantencomputer spielen könnten?

Casinos in Las Vegas
besitzen keine Quantencomputer,

soweit ich weiß.

Aber IBM hat einen funktionierenden
Quantencomputer gebaut.

Das ist er.

Aber was ist ein Quantencomputer?

Die Quantenphysik beschreibt,

wie sich Atome und
Elementarteilchen wie Elektronen

und Photonen verhalten.

Ein Quantencomputer funktioniert,

indem er das Verhalten
dieser Teilchen kontrolliert,

aber völlig anders als es
unsere herkömmlichen Computer tun.

Ein Quantencomputer ist nicht einfach
eine leistungsstärkere Version

unserer gegenwärtigen Computer,

so wie eine Glühbirne nicht einfach
eine leistungsstärkere Kerze ist.

Man kann keine Glühbirne herstellen,
indem man eine Kerze immer besser macht.

Eine Glühbirne ist
eine andere Technologie,

basierend auf tieferem
wissenschaftlichen Verständnis.

Genauso ist ein Quantencomputer
ein neuartiges Gerät,

auf Grundlage der Quantenphysik.

Und genauso wie die Glühbirne
unsere Gesellschaft verwandelte,

könnten auch Quantencomputer Auswirkungen

auf so viele unserer Lebensaspekte haben,

darunter unsere Sicherheitsbedürfnisse,
das Gesundheitswesen, sogar das Internet.

Unternehmen auf der ganzen Welt
arbeiten gerade an solchen Geräten.

Um zu verstehen, worum sich
die ganze Aufregung dreht,

spielen wir unser Spiel
auf einem Quantencomputer.

Ich kann mich von hier
auf IBMs Quantencomputer anmelden,

ich kann das Spiel also
aus der Ferne spielen.

Und Sie können das auch.

Sie erinnern sich vielleicht
an diese E-Mail von TED,

in der Sie gefragt wurden, ob Sie
die Münze werfen wollen oder nicht,

in diesem Spiel.

Ehrlicherweise ließen wir Sie zwischen
einem Kreis und einem Quadrat wählen.

Sie wussten es nicht, aber
der Kreis bedeutete "Münze werfen"

und das Quadrat bedeutete
"Münze nicht werfen".

Wir erhielten 372 Antworten.

Dankeschön!

Das heißt, wir können 372 Runden
gegen den Computer spielen.

Mit Ihren Spielzügen.

Es ist ein ziemlich schnelles Spiel,

ich kann Ihnen gleich hier
die Ergebnisse zeigen.

Sie haben leider nicht
so gut abgeschnitten.

(Lachen)

Der Quantencomputer
gewann fast jedes Spiel.

Ein paar mal verlor er, aufgrund
von Bedienfehlern im Computer.

(Lachen)

Wie kam es zu dieser
verblüffenden Gewinnsträhne?

Es wirkt wie Magie oder Schummelei ...

Aber im Grunde ist es einfach
Quantenphysik in Aktion.

So funktioniert das:

Ein normaler Computer
kodiert Kopf oder Zahl als ein Bit,

eine Null oder eine Eins,

oder ein Stromfluss, der auf dem
Computerchip an- und ausgeknipst wird.

Ein Quantencomputer
funktioniert völlig anders.

Ein Quanten-Bit ist
fluider und nicht binär.

Es kann sich in Superposition befinden,
in einer Kombination aus Null und Eins,

mit gewissen Wahrscheinlichkeiten
für Null und für Eins.

Der Wert des Bits liegt sozusagen
auf einem Spektrum.

Zum Beispiel könnte es mit
70%iger Chance eine Null sein

und mit 30%iger
Wahrscheinlichkeit eine Eins.

Oder 80-20 oder 60-40.

Es gibt unendliche Möglichkeiten.

Die grundlegende Idee ist,

dass es nicht länger um eindeutige
Werte für Null und Eins geht,

dafür aber eine gewisse Unsicherheit.

Was passiert in unserem Spiel?

Der Quantencomputer erstellt
diese fluide Kopf-Zahl-Kombination,

Null und Eins,

und egal, was der Spieler macht,

werfen oder nicht,

die Superposition bleibt unverändert.

Es ist, als würde man einen Mix
aus zwei Flüssigkeiten umrühren.

Ob man umrührt oder nicht, die Flüssig-
keiten sind und bleiben eine Mischung.

Aber im letzten Spielzug

kann der Quantencomputer
die Null und Eins entmischen,

und perfekt den Kopf wiederherstellen,
sodass Sie jedes Mal verlieren.

(Lachen)

Wenn Sie das alles etwas seltsam
finden, haben Sie absolut recht.

Echte Münzen gibt es nicht
in Kombination aus Kopf und Zahl.

Wir erleben diese fluide
Quantenrealität nirgends

in unserem Alltag.

Wenn diese Quanten Sie verwirren,

kein Grund zur Sorge.

(Lachen)

Aber obwohl wir diese verwirrende
Quantenrealität nicht erleben,

können wir sehr reale Effekte
im echten Leben beobachten.

Sie haben die Daten selbst gesehen.

Der Quantencomputer gewann,

weil er Superposition und
Unsicherheiten zu nutzen weiß.

Diese Quanteneigenschaften sind mächtig.

Nicht nur, um Münzspiele zu gewinnen,

sondern auch, um Quantentechnologien
für die Zukunft zu erschaffen.

Hier sind drei Beispiele
für mögliche Anwendungsfelder,

die unser Leben verändern könnten.

Erstens könnte man mithilfe
von Quantenunsicherheit

Geheimschlüssel erstellen,

um Nachrichten zu verschlüsseln,
die von A nach B verschickt werden,

sodass Hacker den Code
nicht heimlich kopieren können,

aufgrund der Quantenunsicherheit.

Sie müssten die Gesetze
der Quantenphysik umgehen,

um den Code zu hacken.

Diese Art der Verschlüsselung wird
tatsächlich schon heute getestet,

von Banken und anderen Institutionen
auf der ganzen Welt.

Wir nutzen heute mehr als 17 Mrd.
verbundene Geräte auf der ganzen Welt.

Stellen Sie sich
die möglichen Auswirkungen vor,

die Quantenverschlüsselung
in der Zukunft haben könnte.

Zweitens könnten Quantentechnologien

das Gesundheitswesen
und die Medizin transformieren.

In der Medikamentenentwicklung
sind Moleküldesign und -analyse

heute eine ernste Herausforderung.

Das liegt daran, dass die exakte
Beschreibung und Berechnung

aller Quanteneigenschaften
von allen Atomen in einem Molekül

eine rechnerisch schwierige Aufgabe ist,

selbst für unsere Supercomputer.

Ein Quantencomputer könnte das besser,

weil seine Funktion auf denselben
Quanteneigenschaften beruht,

wie die Moleküle, deren
Verhalten er simulieren soll.

Große Quantensimulationen
in der Medikamentenentwicklung

können zukünftig vielleicht
die Behandlung von Krankheiten

wie Alzheimer ermöglichen,

was so viele Menschen betrifft.

Drittens: Meine Lieblingsanwendung
der Quantentechnologie

ist Teleportation von Informationen
von einem Ort an einen anderen,

ohne dass die Information
physisch übertragen wird.

Klingt wie Sci-Fi, aber es ist möglich,

weil diese fließende Identität
der Quantenteilchen

über Raum und Zeit hinweg
verwoben werden kann,

sodass eine bestimmte
Veränderung an einem Teilchen

auch ein anderes beeinflusst,

und das erschafft einen
Kanal für Teleportation.

Es wurde in Forschungslaboren
bereits nachgewiesen,

und es könnte der Grundstein
eines zukünftigen Quanteninternets sein.

Es gibt noch kein solches Netzwerk,

aber mein Team arbeitet
an diesen Möglichkeiten,

indem wir ein Quantennetzwerk
an einem Quantencomputer simulieren.

Wir haben spannende neue Protokolle
entworfen und umgesetzt,

wie zum Beispiel Teleportation
zwischen Nutzern im Netzwerk,

effiziente Datenübertragung,

sogar sichere Wahlen.

Es macht mir viel Freude,
Quantenphysikerin zu sein.

Ich kann es nur empfehlen.

(Lachen)

Wir sind Forschungsreisende
in einem Quantenwunderland.

Wer weiß, was wir als
Nächstes entdecken werden.

Wir müssen diesen Weg sorgsam
und verantwortungsvoll beschreiten,

die Reise in unsere Quantenzukunft.

Für mich persönlich

ist die Quantenphysik
nicht nur ein Werkzeug,

um Quantencomputer zu bauen.

Quantencomputer bieten das Potential,
die Geheimnisse der Natur zu erforschen

und mehr über diese versteckte Welt
jenseits unseres Erlebens zu erfahren.

Ist es nicht erstaunlich,
dass wir Menschen

mit unserem relativ limitierten
Zugang zum Universum

trotzdem so weit über unseren
Horizont hinausblicken können,

mit unserer Vorstellungskraft
und unserem Erfindergeist.

Und das Universum belohnt uns,

es zeigt uns, wie unfassbar spannend
und voller Überraschungen es ist.

Die Zukunft ist grundsätzlich ungewiss

und für mich ist das
unglaublich aufregend.

Dankeschön.

(Applaus)