Derzeit liefern sich die großen Länder der Welt einen harten Wettbewerb im Bereich der Quantencomputer, und China hat in diesem Bereich wichtige Innovationen erzielt. Am bemerkenswertesten ist dabei Chinas neue Runde von Durchbrüchen im Bereich des Quantencomputings: Chinas neuester Quantencomputer „Wukong“, der mit einem 72-Bit-Supraleitungs-Quantenprozessor ausgestattet sein wird, verfügt über eine höhere Rechenleistung als herkömmliche Computer.
Dieser Artikel stellt das Konzept, die Vorteile, den Aufbau und die Anwendungsbereiche von Quantencomputern sowie Chinas Entwicklungsgeschichte und führende Position im Bereich des Quantencomputings vor.
Was sind Quantencomputer?
Der Quantencomputer ist eine neue Art von Computertechnologie. Im Vergleich zu herkömmlichen Computern hat er viele Vorteile. Er kann einige Rechenaufgaben, die für herkömmliche Computer schwierig sind, in kurzer Zeit erledigen, wie beispielsweise die Simulation komplexer Quantenphänomene und das Entschlüsseln von Codes.
Vorteile von Quantencomputern
Im Vergleich zu herkömmlichen Computern können Quantencomputer eine große Anzahl von Rechenaufgaben auf der Grundlage von Interferenzen lösen, da Quantenbits (Qubits) die Eigenschaften der Superposition und Verschränkung aufweisen. Auf diese Weise können Quantencomputer mehr Rechenaufgaben in kürzerer Zeit erledigen und verfügen über eine höhere Rechengeschwindigkeit und eine stärkere Rechenleistung als herkömmliche Computer.
Insbesondere können Quantencomputer durch die beiden Eigenschaften „Quantenparallelismus” und „Quantenverschränkung” Rechenleistungen erzielen, die über die von klassischen Computern hinausgehen. Dabei kann der „Quantenparallelismus” mehrere Rechenaufgaben gleichzeitig bearbeiten, während die „Quantenverschränkung” globale Rechenaufgaben realisieren kann, sodass Quantencomputer eine große Anzahl von Rechenaufgaben in kurzer Zeit erledigen können.
Die Entwicklungsgeschichte des chinesischen Quantencomputers
Im Jahr 2017 gelang es dem chinesischen Wissenschaftler Wang Jianghong und anderen, die Quantenkommunikation im Weltraum zu realisieren. Dies war das weltweit erste Quantenkommunikationsexperiment im Weltraum.
Im Jahr 2018 startete China erfolgreich den „Micius-Satelliten” für Quantenexperimente, der eine neue Ära der Quantenkommunikation einläutet.
Im Jahr 2022 hat China erfolgreich den weltweit ersten Quantencomputer-Prototyp vorgestellt – den Quantencomputer-Prototyp „Nine Chapters“. Das Gerät hat weltweit Spitzenniveau erreicht und kann 33-Bit-Quantenberechnungen durchführen. Anfang Juni 2023 schloss das Forschungsteam der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas auf der Grundlage des optischen Quantencomputer-Prototyps „Nine Chapters“ die Lösung der beiden graphentheoretischen Probleme „Dense Subgraph“ und „Max-Haf“ ab. Im Vergleich zum schnellsten Supercomputer der Welt wurde dasselbe Experiment mit den derzeit modernsten klassischen Algorithmen etwa 180 Millionen Mal schneller simuliert.
Im Jahr 2023 stellte China den neuesten Quantencomputer „Wukong“ vor. Er ist mit einem 72-Bit-Supraleitungs-Quantenprozessor ausgestattet und gehört derzeit zu den fortschrittlichsten Quantencomputern. Es wird berichtet, dass er die Rechenleistung klassischer Computer übertreffen wird und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bietet. Seine Veröffentlichung wird Chinas Entwicklung im Bereich des Quantencomputings weiter vorantreiben und auch eine bessere Unterstützung und Garantie für Chinas technologische Innovation auf globaler Ebene bieten.
Supraleitender Quantencomputer
Ein supraleitender Quantencomputer ist ein physikalisches Quantencomputersystem, das auf supraleitenden Josephson-Kontakten basiert. Es gibt viele physikalische Implementierungsschemata für Quantencomputer, von denen supraleitende Quantencomputer auf Basis supraleitender Schaltungen derzeit am schnellsten wachsen und an der Spitze der Industrialisierung stehen.
Mit der Entwicklung der Technologie kann das supraleitende Quantencomputing zunächst die Anforderungen an Quantencomputer erfüllen; gleichzeitig haben auch die Größe und Leistung supraleitender Quantenchips begonnen, in die Ära der mittelgroßen Quantentechnologie mit Rauschen einzutreten.
Aufbau eines supraleitenden Quantencomputers
Am Beispiel des ursprünglichen Quantencomputers umfasst das Modell WY-SC24-100 des supraleitenden Quantencomputers ein 24-Bit-Supraleitungs-Quantenchip-System, ein Mess- und Steuerungssystem für Quantencomputer, ein Betriebssystem für Quantencomputer und ein Unterstützungssystem für die Quantencomputerumgebung sowie weitere Komponenten.
Quantenchip-System
Das supraleitende Quantenchip-System auf Basis des supraleitenden Quantenprozessors Kuafu KF-C24-100 ist der Rechenkern des Quantencomputers, der die Ausführung von Quantenprogrammen realisieren kann.
Mess- und Steuerungssystem für Quantencomputer
Das Mess- und Steuerungssystem für Quantencomputer ist das Steuerungssystem des Quantencomputers, mit dem der Betrieb des Quantenchips gesteuert wird.
Unterstützungssystem für Quantencomputerumgebungen
Einschließlich des Ultra-Tiefkühlsystems und des aktiven Schwingungsdämpfungssystems des Quantencomputer-Hosts bietet es eine Arbeitsumgebung, die den stabilen Betrieb des Quantencomputers gewährleistet.
Betriebssystem für Quantencomputer
Das erste von Benyuan Quantum eigenständig entwickelte Betriebssystem für Quantencomputer, „Benyuan Sinan“, bietet einen grundlegenden Rahmen für Quantencomputersoftwaresysteme und verfügt über Funktionen wie die parallele Ausführung mehrerer Quantencomputeraufgaben, die automatische Kalibrierung von Quantenchips und die effiziente Verwaltung von Quantenressourcen.
Anwendungen von Quantencomputern
Mit ihrer bahnbrechenden Rechenleistung werden Quantencomputer eine wichtige Rolle in der Biomedizin, im Bereich Big Data, in der künstlichen Intelligenz, in der Finanztechnologie und in anderen Bereichen spielen und wahrscheinlich die Entwicklungsmuster dieser Bereiche grundlegend verändern.
Technisches Design
Quantencomputer können die Recheneffizienz im Bereich des technischen Designs verbessern.
Biochemie
Die Parallelität von Quantencomputern kann Entwicklungen in Bereichen wie chemischen Simulationen, Materialberechnungen und Wirkstoffdesign beschleunigen.
Big Data
Die exponentielle Recheneffizienz von Quantencomputern kann die Analysegeschwindigkeit von Big Data verbessern.
Finanztechnologie
Mit Hilfe der Parallelität des Quantencomputings kann es in der Finanzbranche für die Verarbeitung riesiger Datenmengen, für Hochfrequenzhandelsszenarien und komplexe Marktsituationen eingesetzt werden.
Künstliche Intelligenz
Der Einsatz von Quantencomputern ermöglicht eine effektivere Analyse von Big Data, verkürzt die Lernkurve künstlicher Intelligenz und beschleunigt die Entwicklung künstlicher Intelligenz.
Zusammenfassend
Mit der zunehmenden Entwicklung der Quantencomputertechnologie forschen und erkunden die wichtigsten Länder weltweit aktiv deren Anwendungsmöglichkeiten und fördern die Entwicklung dieses Bereichs. Chinas wichtige Innovationen im Bereich der Quantencomputertechnik sind besonders auffällig. Das Land hat viele traditionelle Mächte überholt und entwickelt sich zur weltweit führenden Quantencomputer-Macht.
Der Wettbewerb im Bereich des Quantencomputings wird ebenfalls immer härter. Derzeit haben Chinas Vorteile und Dominanz in diesem Bereich die Aufmerksamkeit der Vereinigten Staaten und anderer Länder auf sich gezogen, und China wird auch dem Druck des internationalen Wettbewerbs ausgesetzt sein. In Zukunft müssen wir Chinas technologische Innovation und die Optimierung der Industriekette im Bereich des Quantencomputings weiter stärken und Chinas internationalen Status und Einfluss in diesem Bereich verbessern.
