Die Zukunft des Quantum Computings


Diese Studie soll Aufschluss über die immaterielle Zukunft des Quantum Computings im Jahr 2030 geben.

Fast hundert Jahre nach der Entdeckung, dass die Quantenmechanik das Innenleben der Welt regiert, steht die Menschheit nun kurz vor der praktischen Nutzung dieser Macht. Während der ersten Quantenrevolution entdeckten Wissenschaftler*innen, dass die Regeln der physischen Realität weit von denen der klassischen Wissenschaft entfernt liegen. Das forderte ihr Verständnis für das Mögliche heraus. Bei der zweiten Quantenrevolution geht es jedoch darum, diese Quanteneffekte auf gesellschaftlicher und individueller Ebene zu nutzen - diese Entwicklung schreitet zügig voran. In den nächsten zehn Jahren werden Unternehmen, Branchen und Startups versuchen, die enormen Fortschritte bei der Erkennung und Manipulation einzelner Quantenobjekte zu nutzen, um ihre Position auf einem globalen Markt weiter auszubauen.

Bereits heute unterstützen Regierungen weltweit die zweite Quantenrevolution mit enormen finanziellen Mitteln. Das Flaggschiff der Europäischen Union für Quantentechnologien verfügt über ein Gesamtbudget von 1 Mrd. EUR für das nächste Jahrzehnt. Die USA starteten Ende 2019 ihre nationale Quanteninitiative, die 1,2 Milliarden US-Dollar für die Quanteninformationswissenschaft in den ersten fünf Jahren bereitstellte. China investiert ebenfalls in großem Stil in diese Technologie und hat im Rahmen eines aktuellen Fünfjahresplans ein Megaprojekt für Quantenkommunikation und Quantencomputer gestartet. Darüber hinaus baut China mit einer anfänglichen Investition von 1 Milliarde US-Dollar ein nationales Labor für Quanteninformationswissenschaften, das voraussichtlich im nächsten Jahr eröffnet wird. Die erste Quantenrevolution basierte auf der Motivation, die Grenzen und Rätsel der klassischen Physik zu verstehen. Bei der zweiten Quantenrevolution ist der Motivator, die physische Realität der Zukunft mitzugestalten.

Einer der faszinierenden Aspekte dieser Studie ist, dass die zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckten Grundprinzipien der Quantenmechanik auch für einen langjährigen Experten auf diesem Gebiet weiterhin nicht intuitiv und nur schwer zu verstehen sind. Die Welt der Quanten, wie Max Planck sie nannte, wird durch Energiemengen definiert, die in verschiedenen Experimenten zur Aufdeckung neuer Prinzipien der Quantenphysik untersucht und konzeptualisiert wurden.

Zu diesen Prinzipien gehörten: die Wellenpartikel-Dualität, das Konzept der Überlagerung und das Prinzip der Verschränkung. Das Paradox der Wellenteilchen-Dualität beschreibt die Tatsache, dass sich Quantenobjekte wie Photonen oder Elektronen manchmal wie Wellen und manchmal wie Teilchen verhalten. Die Überlagerung ist ein Kernprinzip der Quantenmechanik. Dieses Prinzip besagt, dass zwei beliebige Quantenzustände addiert werden können und das Ergebnis ein weiterer gültiger Quantenzustand ist. Und genau darum geht es, wenn wir sagen, dass ein Qubit gleichzeitig 1 und 0 sein kann. Und der Begriff der Verschränkung umfasst die Idee, dass Teilchen miteinander interagieren können, selbst wenn sie getrennt sind. Das bedeutet, dass die Manipulation eines Teilchens auch das andere Teilchen verändert. Albert Einstein nannte das Phänomen der verschränkten Teilchen „spukhafte Fernwirkung“.

Diese Einblicke in die ehemals unbekannte Welt der Quantenphysik stellten völlig neue Fragen und schufen neue Forschungsfelder. Sie führten auch zu einem besseren Verständnis der Periodentabelle, der chemischen Reaktionen und der Grundlagen für die Halbleiterindustrie. Viele derzeit verfügbare Geräte wie Transistoren, Laser, GPS, Halbleiterbauelemente und MRT-Bilder beruhen auf unserem grundsätzlichen Verständnis der Quantenwelt.

Während die erste Quantenrevolution darauf abzielte, die grundlegenden Mechanismen der Interaktion der Dinge auf einer sehr fundamentalen Ebene im Quantenbereich zu verstehen, versucht die zweite Quantenrevolution, diese Tradition fortzusetzen und gleichzeitig die Forschungsergebnisse des letzten Jahrhunderts für die Erforschung von Quantum Sensing, Quantum Communication, Quantum Simulation und Quantum Computing zu nutzen.


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