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Quantencomputer: Der Chip sitzt fast unsichtbar am untersten Ende eines fast zwei Meter langen Gewirrs aus Kabeln, Metallplatten und Konduktoren. Das Herz des neuartigen Computers ist kaum fingernagelgross.
bild: D-Wave Systems Inc.

100 Millionen Mal schneller als bisherige Computer: Google und Nasa präsentieren Quantencomputer

Google und die US-Raumfahrtbehörde wollen bewiesen haben, dass Quantencomputer funktionieren. Sie arbeiten nun an künstlicher Intelligenz. Ein Besuch an dem Ort, an dem angeblich gerade eine Revolution stattfindet.

Thomas Schulz / spiegel online



Ein Artikel von

Spiegel Online

Hinter mehreren Sicherheitsschleusen am Ende eines verwinkelten Ganges im Nasa-Forschungszentrum in Nordkalifornien steht ein unauffälliger schwarzer Kasten, so gross wie ein Gartenhäuschen.

In seinem Inneren herrschen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, völlige Dunkelheit und totale Stille. Denn nur unter diesen Bedingungen funktioniert die Technik, mit deren Hilfe Google und die Nasa eine neue Computerrevolution einläuten wollen - die des Quantencomputers. Die daraus entstehenden Möglichkeiten seien enorm, glauben die beteiligten Wissenschaftler: Kluge Maschinen, mit denen sich schädliches Kohlendioxid direkt aus der Atmosphäre filtern lässt, Raumflüge zum Mars möglich werden und der Weg zur künstlichen Intelligenz nicht mehr weit scheint.

Computer-Revolution: Google und Nasa präsentieren Quantencomputer

Bislang war allerdings noch nicht einmal sicher, ob ein Quantencomputer überhaupt existieren kann. Die US-Raumfahrtbehörde und der Internet-Konzern haben schon vor zwei Jahren begonnen, ihre Expertise in Datenverarbeitung und Physik zu bündeln, um gemeinsam an der Schnittstelle von Informatik und Quantenmechanik zu forschen.

«Es funktioniert.»

Jetzt erst aber stellten Google und Nasa ihre Arbeit der Öffentlichkeit vor. Mit einer klaren Botschaft: «Es funktioniert.» Die Forscher seien nach vielen Grundlagen-Tests nun bereit «die nächste Generation von Quantencomputern zu bauen, mit denen echte, schwierige Probleme angegangen werden können», sagt Hartmut Neven, Leiter des Quantum Artificial Intelligence Laboratory von Google.

Hartmut Neven (Google) on stage at eComm America 2010 in San Francisco.

Hartmut Neven, Leiter des Quantum Artificial Intelligence Laboratory, gilt als einer der klügsten Köpfe unter den Google-Wissenschaftlern.
bild: flickr/Duncan Davidson

Neven stammt aus Aachen und promovierte am Institut für Neuroinformatik der Uni Bochum. Neben seinen Kollegen von der Nasa, im Anzug und mit Seitenscheitel, wirkt der deutsche Ingenieur eher wie ein Kreuzberger Szenewirt, mit abgerocktem schwarzem T-Shirt, silbernen Turnschuhen und zerrissener Jeans. Doch Neven gilt als einer der klügsten Köpfe unter den Google-Wissenschaftlern, schon lange tief abgetaucht in das seltsame, subatomare Reich der Quantenmechanik.

Selbst für die klügsten Wissenschaftler unfassbar kompliziert

Diese Welt ist selbst für die klügsten Wissenschaftler unfassbar kompliziert, weil sie - vereinfacht gesagt - zwei gegensätzliche Zustände gleichzeitig erlaubt: an und aus, ja und nein. Eine Welt, in der eine Katze gleichzeitig tot und lebendig sein kann, so erklärte es der Physiker Erwin Schrödinger in einem berühmten Gedankenexperiment. Bislang glaubten die Experten, es würden noch Jahrzehnte vergehen, bis es einen Computer gibt, der die Gesetze der Quantenmechanik nutzen kann: 0 und 1 zur gleichen Zeit, in einem sich überlagernden Zustand.

«Die Natur ist nicht zufrieden, wenn ein Objekt nur in einem einzigen Zustand existiert», sagt Neven. In der Chemie und der Biologie sei zu beobachten, dass die Welt nur funktionieren kann, weil sie viele sich überschneidende Formen zulässt. Deswegen, so Neven, habe schon einer der Väter der Quantenphysik, Richard Feynman, erkannt, dass ein herkömmlicher Computer die ganze Komplexität der Welt niemals abbilden könne. «Da die Quantenphysik das Betriebssystem der Natur ist, braucht es unweigerlich einen Quantencomputer, um sie zu bedienen», so Neven. Der Quantenchip sei der einzig natürliche Bewohner des Multiversums, in dem wir leben.

Die Nasa- und Google-Wissenschaftler träumen nun schon von Flugzeugen, die keinen menschlichen Piloten mehr brauchen, oder von klugen Maschinen, die etwa neuartige Batterien konstruieren, die hundert Mal länger halten.

Der Kern der Maschine, der eigentliche Quantenchip, ist dabei kaum fingernagelgross. Er sitzt fast unsichtbar am untersten Ende eines fast zwei Meter langen Gewirrs aus Kabeln, Metallplatten und Konduktoren. Sehr vereinfacht dargestellt funktioniert der Prozessor so: Im Zentrum steht das Quantum-Bit (Qubit). Qubits können Zustände annehmen, die einer Mischung aus An und Aus entsprechen. Wenn nun mehrere Qubits auch noch miteinander verschränkt werden, lässt sich damit schnell eine unglaublich hohe Zahl von Werten gleichzeitig messen - und damit theoretisch viel komplexere Probleme lösen, als heute selbst mit den grössten Supercomputern.

«Wir stehen noch ganz am Anfang.»

Den Chip haben die Nasa und Google jedoch nicht selbst entwickelt, sondern von einer kanadischen Firma namens D-Wave gekauft, finanziert unter anderem von Amazon-Gründer Jeff Bezos und einer Investment-Firma, hinter der sich die CIA verbirgt, arbeitet D-Wave schon über zehn Jahre an der Entwicklung eines Quantencomputers.

Die Skepsis war dabei lange gross. Heisse Luft fabriziere das Unternehmen, kritisierten manche Physiker. Schnell sei der Prozessor vielleicht, aber nur durch Trickserei und herkömmliche Technik, nicht Quantenmechanik, warnten Computerwissenschaftler. Die anhaltende Kritik kommt nicht zuletzt daher, dass Quanteneigenschaften experimentell nur schwer nachvollziehbar sind. Google und die Nasa sind aber nun überzeugt, genügend Beweise zusammengetragen zu haben, die auch veröffentlicht werden. Unter bestimmten Laborbedingungen rechne der Quantencomputer 100 Millionen Mal schneller als ein herkömmlich binärer.

«Wir stehen noch ganz am Anfang», vergleichbar etwa mit dem Stand der Entwicklung bei heute üblichen Computern vor 50 Jahren, sagt Rupak Biswas, der die Abteilung für Supercomputing der Nasa leitet. Noch sei man an den Punkt, wo man «A» eintippt und hofft, dass nicht «B» erscheint. «Aber wenn sich alles so entwickelt, wie wir erwarten, wird das die Welt revolutionieren», so Biswas.

Google will sich allerdings nicht mehr alleine auf die D-Wave-Maschine verlassen: Der Konzern hat bereits begonnen, Physiker und Hardware-Spezialisten einzustellen - um einen eigenen «noch besseren» Quantencomputer zu bauen, sagt Neven. Denn früher oder später, «wird der Quantencomputer das Instrument der Wahl sein, um alle grossen Fragen zu beantworten».

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67Alle Kommentare anzeigen
    Alle Leser-Kommentare
  • PastafariLU 09.03.2017 16:55
    Highlight Highlight Der Computer ist kein Quantencomputer im ursprünglichen Sinn, für den die Realisierung einer Quantenverschränkung wesentlich ist (stattdessen handelt es sich um einen sog. Adiabatischen Quantencomputer). Quelle: Robert Gast: Ein Quantenmärchen, in: Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 26. Mai 2013, S. 61 & 63
  • ⚡ ⚡ ⚡☢❗andre ☢ ⚡⚡ 10.12.2015 18:23
    Highlight Highlight Es ist nicht 10^8 mal schneller als herkömmliche Computer, sondern die Hardware Version X2 von D-Wave ist um so viel schneller als die simulierte Version des Vorgängers.
    Wenn die theoretische Simulation früher eine Schaltung pro Sekunde machte, so läuft es jetzt mit 100MHz.
    • Formalutaion 10.12.2015 22:33
      Highlight Highlight Manche Punkte sind die Folgenden:

      Stell dir vor D-Wave ist ein Super Nintendo mit Cubits und die Art Probleme, die man lösen möchte Super Nintendo Spiele.

      Jetzt lassen wir ein Spiel auf dem Super Nintendo laufen und auch auf dem Emulator auf dem Smartphone. Das Smartphone wird richtig heiss, da der Emulator ineffizient ist da es nicht dafür gebaut wurde, d.h. wir sagen, dass der Super Nintendo z.B. 10^8 mal schneller ist.
    • Formalutaion 10.12.2015 22:34
      Highlight Highlight Man erwartet bei einem Super Nintendo, dass er ein neueres Spiele in einem völlig anderen Verhältnis besser laufen lässt als ein Smartphone. Das passiert aber nicht, denn das neue Spiel, das auf dem Super Nintendo 2x langsamer läuft, läuft auch auf dem Smartphone nur 2x langsamer. Darum bringt es nichts, dass der Super Nintendo Cubits hat. Ein Smartphone hätte keine Chance das neuere Spiel laufen zu lassen. Es ist eigentlich ziemlich egal wie ineffizient der Emulator auf dem Emulator ist. Solange er ähnlich skaliert.
    • Formalutaion 10.12.2015 22:36
      Highlight Highlight Das hat alles nichts damit zu tun was ein voll funktionsfähiger Quantencomputer könnte.
    Weitere Antworten anzeigen
  • Formalutaion 10.12.2015 12:04
    Highlight Highlight Hier kann man ein kritischer Beitrag lesen zu den Ergebnissen, die in diesem Artikel beschrieben wurden.

    http://www.scottaaronson.com/blog/
    • ⚡ ⚡ ⚡☢❗andre ☢ ⚡⚡ 10.12.2015 18:19
      Highlight Highlight Das Thema ist komplex :-/
      Ob es in den nächsten 20 Jahren irgendwas brauchbarea daraus gibt ist mir schleierhaft.
    • Formalutaion 10.12.2015 20:17
      Highlight Highlight *einen
  • Menel 10.12.2015 09:50
    Highlight Highlight Da wir die Mooresche Grenze wohl im Jahr 2020 erreicht haben werden, ist ein Quantencomputer dringend von Nöten.
  • jdd2405 10.12.2015 08:03
    Highlight Highlight Mit der Existenz eines funktionierenden Quantencomputers ist jede Verschlüsselungstechnik plötzlich nutzlos. Und die NSA hat da noch die Finger im Spiel. Schöne neue Welt.
    • herschweizer 10.12.2015 08:32
      Highlight Highlight Hast du jetzt echt das Gefühl das es die grösste Weltmacht einfach zuschaut wie Mails verschlüsselt werden und kein Budget und Infrastruktur bereitgestellt hat um da Licht ins Dunkel zu bringen?
    • Lezzelentius 10.12.2015 08:39
      Highlight Highlight Da steht NASA, nicht NSA :^)
    • Tom Garret 10.12.2015 11:11
      Highlight Highlight Ich bin auch empört wie die NSA den Mond und das Weltall überwacht! Der gläserne Stern ist schon lange Tatsache! ;-)
    Weitere Antworten anzeigen
  • Sandokan 09.12.2015 21:54
    Highlight Highlight Ich bin dafür das wir in unsere Gehirne Computer einbauen ,besser noch wir bauen uns selber in Computer rein. Wäre sicher ein riesen Fortschritt. 😂Dieser Fortschritt ist eigentlich ein Rückschritt. Macht unsere Welt nicht glücklicher,es entfremdet uns von uns selbst und macht zuletzt unser Leben nur komplizierter als es vereinfachen.
  • EvilBetty 09.12.2015 21:45
    Highlight Highlight Wie heisst noch mal die Firma die Google letztens gekauft? Die mit den Solarfliegern für WLAN Verbreitung? Ah ja, Skynet!
    • sambeat 09.12.2015 22:01
      Highlight Highlight Ein wirklich passender Gedanke, danke!
    • G.Oreb 10.12.2015 09:53
      Highlight Highlight @Sambeat Sorry für den Blitz
      @Watson wann können wir endlich nachträglich unsere Votes ändern?
  • sambeat 09.12.2015 21:21
    Highlight Highlight Da die Quantenphysik das Betriebssystem der Natur ist, braucht es unweigerlich einen Quantencomputer, um sie zu bedienen...

    Ach, und daran muss der Mensch auch noch rumdoktern?

    Ich habe Mühe damit, mich damit anzufreunden. Wenn diese Technologie schon für die klügsten unter uns kaum fassbar ist, wer weiss, was daraus resultiert?
    Fortschritt ist gut, aber halt doch manchmal mit Vorsicht zu geniessen..
    • herschweizer 09.12.2015 21:38
      Highlight Highlight Bewohner eines Ameisenhaufens werden die Existenz der benachbarten Autobahn nie richtig visualisieren können... wir werden nie einen reinen Quantencomputer bauen nur den binären Hemmschuh langsam ablegen... keine Panik
  • The Host 09.12.2015 20:06
    Highlight Highlight Masterbrain is coming!
    • geissepeter_fanpeitsch 10.10.2016 13:51
      Highlight Highlight I robot too
  • ⚡ ⚡ ⚡☢❗andre ☢ ⚡⚡ 09.12.2015 19:49
    Highlight Highlight Und wird bei Quantemsmartphones der Akku länger halten?
  • Luzz 09.12.2015 19:21
    Highlight Highlight Man muss sich auch überlegen: Wenn solche Computer existieren, sind möglicherweise schlagartig all unsere bisherigen Verschlüsselungstechniken nutzlos, weil innert Sekunden knackbar, was jegliche sichere Übertragung unsicher machen würde. Deshalb gibt es auch bereits Unternehmen, welche an Quantenverschlüsselung forschen.
    • Kaspar Floigen 09.12.2015 19:54
      Highlight Highlight Das erste mal habe ich davon in Simon Singhs Buch "Codes" gehört. Das Buch ist jetzt schon ein paar Jährchen alt. Würde mich mal interessieren, wie weit die Quanten Verschlüsselung heute ist.
    • rabatt13 09.12.2015 22:28
      Highlight Highlight @Luzz Stimmt nicht ganz: einige verschlüsselubgstechniken werden lösbar werden, jedoch basieren viele andere Arten auf Problemen, die auch mit Quantencomputern nicht effizient gelöst werden können
  • Saftladen 09.12.2015 19:13
    Highlight Highlight Finanziert von der CIA - möglicherweise auch von der NSA? Passwörter sind wohl soeben um den Faktor 100000000 angreifbarer gegen Bruteforce-Attacken geworden... Gehe dann mal ein Sonderzeichen hinter mein Standardpasswort "123passwort" hängen ;)
    • Dracarys 11.12.2015 10:23
      Highlight Highlight Ich hab das System auch noch nicht wirklich verstanden, aber ich versuchs mal zu erklären...

      Quantencomputer sind für alltagssituationen unbrauchbar, sie sind jedoch extem effizient für spezifische Probleme, wie zum Beispiel Passwörter hacken.

      Um ein Passwort zu hacken, würde es eine Reihe von Quantenbits aufreien, alle in jeden möglichen Zustand gleichzeitig versetzen und so das Ergebnis extrem schnell erhalten. So wird es unwichtig, wie lange ein Passwort ist, da sich die Knackzeit nicht mehr exponentiell erhöht.

      Bitte nicht blind glauben und selbst nachforschen, bin auch unsicher ;)
  • shills-anonymous 09.12.2015 18:49
    Highlight Highlight ich bin durch die zeit gereist und musste einen kommentar machen über den artikel meiner entstehungsgeschichte. gruss euer 0010011000211000100200110
    • Paraflüger 09.12.2015 20:14
      Highlight Highlight sind die 2en bewusst in den binären string eingebaut?
    • shills-anonymous 09.12.2015 21:53
      Highlight Highlight Ja. Bei qubits sind 3 mögliche zustände möglich (0,1,2). wobei entweder 1 zustand (0) der andere (1) oder sowohl-als-auch möglich ist. Es ist kein trinäres und kein binäres System. Ein quantisches, welches den Verstand der meisten Menschen leider oder eben gottseidank übersteigt.
      Um in die Vergangenheit zu rechnen, wird meine dpu (distributed processing unit) mit alkohol übertaktet... computer werden dann arrogant. sorry.
    • Sir Jonathan Ive 10.12.2015 11:12
      Highlight Highlight Natürlich gibt es drei Zustände. Trotzdem kann man diese nicht als 0, 1 und 2 darstellen, sondern muss diese korrekt mit 0, 1, und 0/1 darstellen.
    Weitere Antworten anzeigen
  • SaveAs_DELETE 09.12.2015 18:00
    Highlight Highlight jetzt werden alles Sci-Fi Filme real. hab mir am Wochenende 'Delete' angeschaut. wie war das mit de KI?
  • Yes. 09.12.2015 17:54
    Highlight Highlight Schon krass in was für einer Zeit wir leben. Ob das positiv oder negativ ist wird sich wohl erst in Zukunft erweisen
    • Tom Garret 10.12.2015 08:22
      Highlight Highlight Es wird, leider, wie immer für beides verwendet (positives und negatives). Während man immer positiveres machen kann das vorher nicht möglich war, wird auch immer noch negativeres möglich sein das ebenfalls nicht möglich war.
  • Ton 09.12.2015 17:52
    Highlight Highlight Wir müssen unbedingt wissen, ob die Antwort auf den Sinn des Universums, das Leben und alles tatsächlich 42 ist.
    • EvilBetty 09.12.2015 21:47
      Highlight Highlight Natürlich ist sie das!
    • f303 10.12.2015 14:27
      Highlight Highlight Hier sollten wir genau sein: Die Antwort auf die Frage nach dem Leben, dem Universum und allem ist 42. Weil ja die Frage so ungünstig gestellt war. Der 2. (Quanten-)Computer der die richtige Frage hätte stellen sollen, musste leider kurz vor fertig einer Hyperraum Umgehungsstrasse weichen. ... oh man ich muss das echt mal wieder lesen. Marvin, lauf mal zum Bücherregal!
    • EvilBetty 10.12.2015 15:17
      Highlight Highlight Okay 😕
    Weitere Antworten anzeigen
  • StealthPanda 09.12.2015 17:51
    Highlight Highlight Kann mir das bitte jemand zusammenfassen? Ich hab den text mehrmals gelesen doch verstehe ich den bezug vom Chip auf die Quanten- mechanik? physik? gesetz? nicht. Was macht dieser Chip anders als eine normale CPU?
    • Charlie B. 09.12.2015 17:57
      Highlight Highlight Die Geschwindigkeit vielleicht? ;-)
    • rare_pepe 09.12.2015 18:32
      Highlight Highlight Herkömmlicher CPU: 0-1
      Quanten-CPU: 0-1-0/1
      Beim quadrieren aufgrund der Anzahl der Transistoren vervielfältigt sich die Möglichkeit der Zustände exponentiell.
    • el_chef 09.12.2015 18:39
      Highlight Highlight es wird kein binärcode verwendet, sprich 1 oder 0. es ist möglich verschiedene zustände auf einmal zu simulieren/haben. wie schrödingers katze sie lebt und ist "gleichzeitig" tot.
    Weitere Antworten anzeigen
  • Mnemonic 09.12.2015 17:46
    Highlight Highlight Und das Ding ist ja erst ein "quantenartiger" Rechner. Falls das Ganze wirklich vorwärtsgeht sind auch Systeme denkbar die zigmilliardenfach schneller sind als alles was wir heute kennen...
  • Metalhat 09.12.2015 17:14
    Highlight Highlight Wichtig ist grundsätzlich einmal: kann der Chip zwei Qubits miteinander verrechnen? Wie lange ist die Kohärenzzeit? Viele Qubits können nämlich nur über wenige Millisekunden erhalten bleiben. Welcher Art sind die Qubits? Photonisch oder Elektronisch (also Elektronen)?
    Das sind alles fragen die zuerst grundsätzlich geklärt sein müssen bevor wir wirklich vom Durchbruch reden können (und diese sind nur sehr oberflächlich).
    • el_chef 09.12.2015 18:41
      Highlight Highlight zurzeit sind sie noch nicht verknüpfbar, da erst einmal die machbarkeit festgestellt werden musste. nach artikel sollte die verknüpfung verschiedener qubits einer der nächsten schritte sein.
    • Metalhat 10.12.2015 11:15
      Highlight Highlight 1) Ich hatte gestern Morgen gerade eine Vorlesung zum Thema "Qubit Computation" deshalb stehe ich dem Artikel sehr kritisch gegenüber da er so wenige Informationen gibt zum effektiven Umfang der Möglichkeiten. Wenn die es wirklich geschafft haben Gates zu bauen (also CNOT, AND, etc.) dann ist es ein Durchbruch und Quantencomputer können mit der Entwicklung von besseren 2DEG und superconductor Materialien innerhalb der nächsten 20 Jahre Realität sein (bis dahin haben wir den Mars auch konventionell erreicht).
    • Metalhat 10.12.2015 11:15
      Highlight Highlight 2) Sollten aber noch keine Gates vorhanden sein, sind wir nur einen kleinen Schritt weiter, denn die Quantenverschlüsselung kennen wir auch schon seit einigen Jahren aber ist sie nicht praktikabel aufgrund der zu geringen Kohärenzzeiten.
    Weitere Antworten anzeigen
  • mcnukem 09.12.2015 17:09
    Highlight Highlight hatte gerade einen kleinen nerdgasmus
  • DerGrund 09.12.2015 17:08
    Highlight Highlight Zum Mars fliegen? Schön und gut, aber ich will Spiiieeeleee!!! :D

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