 Hallo, alle zusammen. Ich finde es super, dass ich hier sein kann. Ich war ein bisschen schockiert und fasziniert, wie viele Leute sich für Quantencomputer interessieren. Für mich ist es ziemlich speziell. Für mich schließt sich ein Kreis. Das erste Mal, als ich am CCC war, war ich in 2001. Ich war immer noch ein Schüler. Ich kam von meiner kleinen Stadt aus Deutschland. Und wenn ich hier angekommen bin, es war für mich ein magisches Wunderland. Leute waren tun, Leute machten super coole Sachen wie Schlösser und Physikstudierende zeigten, was sie machen und erklärten die Physik dahinter. Das war eigentlich die Art, wie ich meinen Interesse daran fand in der Physik. Heute möchte ich gerne mit meinem Vortrag auch Leute darüber interessieren für Quantencomputer und die ganze Physik dahinter. Also, wie gesagt, mein Vortrag wird über Quantencomputersite. Ich zeige euch viele Ressorte von verschiedenen Gruppen und einige sind von meiner eigenen Doktorarbeit. Zuerst möchte ich gerne all meinen Kollegen danken und meinem Professor. Das ist die Motivation für mich. Wie ihr wahrscheinlich alle wisst, es gibt viele Medien in dem Quantencomputer. Es wird immer wieder die neuesten Ressorte gezeigt und da war diese große Ankündigung von Google, dass die einen Superconducting Quantencomputer bauen. Es gibt viele Informationen ohne uns und Quantencomputer werden alles ändern für uns und sagen, die werden nie richtig arbeiten und ich möchte euch zeigen und erklären, was Quantencomputer überhaupt ist, was hier worden und wie es funktioniert. Also, die Outline ist, warum möchten wir das? Wie kann man interessierte Probleme damit lösen, wie z.B. Password quacken und dann möchte ich euch zeigen, wie baut man einen einfachen Quantenprozessor und zum Schluss möchte ich die letzten Fortschritte in Quantencomputing zeigen. Also, was ist die Geschichte von Quantencomputing? Der Anfang kann zu den 80ern zurückdattiert werden, wenn die Physiker klassische Computer benutzen, um ihre Probleme zu lösen. Damals sammeln Leute, dass es schwierig ist, Systeme zu simulieren mit klassischen Computern und wenn sie, wenn sie, und in einer berühmten Konferenz 1991 hat Richard Feynman ein Vortrag darüber gehalten und darüber geredet, wie man einen Quantencomputer baut und dann auf einem Computerquantenmechanik simuliert. Also, am Anfang wollte man einfach ein Device bauen, ein Gerät bauen, mit dem man quantenmechanische Systeme simulieren kann und jetzt gehen wir einen Schritt weiter. Wir können sehen, dass ein Quantencomputer stärker ist oder besser ist als ein klassischer Computer, denn er kann Quantensysteme simulieren und vielleicht ist er deshalb besser, andere Sachen zu lösen, irgendwelche abstrakten mathematischen Dinge. Das ist wirklich so und jetzt will er uns zeigen, wie das so ist. Um Quantencomputing zu verstehen, müssen wir erst klassisches Computing anschauen und ich werde euch viele Konzepte zeigen, die uns helfen werden, wie genau Quantencomputing funktioniert. Wie ihr wahrscheinlich alle wisst, ein Computer benutzen Bits als Informationseinheit und ein Bit hat entweder 0 oder 1 und heutzutage, wenn man über Bits nachdenkt, denkt man wahrscheinlich über eine Spannung in einem Stromkreis nach und man hat einfach zwei Stufen und die eine Stufe steht für 0 und die andere für 1 und der Unterschied ist 5 Volt zum Beispiel. Was man mit Bits so machen kann, mit sicher Dingen, wir brauchen ganz viele und wir tun sie in ein Register und wir können es einfach durchzählen von unten nach oben, wir haben ein Bit und wenn man alle Zustände anschreiben will von unten nach oben bis zu 1 bis zu 1 kann man das einfach ausrechnen und das sind zwei hoch N-Zustände für N-Bits. Also es ist ziemlich effiziente Art, Informationen zu speichern. Viel besser als zum Beispiel Stift und jetzt, wie man Bits miteinander kombiniert, dann braucht er Türen, die hat ein oder mehrere Inputs und ein oder mehrere Inputs auf der anderen Seite. Und man hat auf der einen Seite Eingaben und auf der anderen Seite hat man ein oder mehrere Ausgaben. Es gibt universelle Gates, die für allen Computern benutzt werden, zum Beispiel das Gate, das wir hier haben, das ist das N-A-N-D Gate und das ist universell in dem Sinne, dass man aus diesem Gate alle anderen möglichen Gates nachbauen kann, indem man das da kombiniert. Und das ist eigentlich alles, was wir brauchen, um anzufangen, Probleme zu lösen mit Computern. Also als Beispielproblem, stellen wir uns einfach vor, wir haben einen Führer, der eine Rakete abschießen will und um die Rakete abzuschießen, brauchen wir ein Passwort. Wir müssen checken, wir müssen überprüfen, ob das Passwort korrekt ist und wir brauchen dafür eine Funktion, die das für uns macht und die Funktion, die ihr seht, die heißt FJ und die hat N-Eingangsvariablen auf der linken Seite und eine Ausgabenvariabel auf der rechten Seite und die Ausgabenvariabel ist immer 0 für alle falschen Passwörter und das heißt, wenn wir jetzt links genug Inputs haben, dass Inputregister groß genug machen, dann haben wir ein ziemlich sicheres System, weil es gibt nur eine richtige Lösung von 2 hoch 1. Und jetzt müssen wir uns fragen, wie wollen wir dieses Passwort knacken und jetzt gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie man ein System baut und vielleicht, man kann vielleicht rausfinden, wie man die Funktion versteht, aber wir gehen jetzt davon aus, wie die Funktion nicht verstehen, dass die für uns komplett schwarz ist und wir müssen jetzt einfach alle Möglichkeiten ausprobieren, um zu sehen, was das richtige Passwort ist. Und wenn wir den Computer geben wollen, müssen wir ihm sozusagen ein Algorithmus geben, der einfach einen Schritt hat, die er befolgen muss und dann letztendlich bekommt das Passwort raus. Und diese Algorithmus hier ist einfach, die Algorithmusregister zum ersten möglichen Wert und der ist in dem Fall ist gleich, no, no, no, no, no, no, und dann rechnen wir die Funktion von diesem Zustand aus. Und wenn es das richtige Passwort ist, dann ist die Funktion 1 und dann kommen wir durch, haben wir das System geknackt, aber naja, meistens wird es sicher nicht, no, no, no, no sein, also ist es incorrect und wir gehen wieder von vor, zu oben hin und dann machen wir einfach plus 1 und dann machen wir das Gleiche und dann immer wieder wiederholen, bis wir fertig sind. Und jetzt müssen wir uns fragen, wie effizient ist das überhaupt? Und das ist ziemlich einfach zu beantworten, denn wir haben N-Eingangsvariablen und das heißt, wir müssen die Funktion N mal benutzen. Und wir, im besten Fall, müssen wir es nur einmal die Funktion aufrufen und im schlechtesten Fall dann eben N mal und im schlechtesten Fall ist es eben 2 hoch N und das heißt, wenn wir einen Bit dazunehmen, also wenn wir die Passwort länger um einen Bit erhöhen, müssen wir doppelt so viele Zustände überprüfen und das Schlimmste an eben diese Passwort zu knacken ist, dass die Funktion F ziemlich aufwendig sein kann. Bitte denkt dran, wenn wir darüber nachher reden, werden diesen Grafen später noch mal sehen. Das ist soweit alles, was ich euch hier über klassisches Rechnen erzählen wollte. Jetzt werden wir uns Quanten Computing anschauen. So, wollen wir erstmal wieder mit den einfachen Sachen anfangen. In einem klassischen System hat man in einem Quantensystem eine Fundamentaleinheit der Information. Das ist hier das Quanten-Bit oder auch Q-Bit. Wie der Name schon sagt, das kann sie sich im Quantenmechanisches 2-Level-System. Ein Q-Bit ist ein relativ abstrakter Begriff, aber man kann es sich vorstellen als 2 Zustände in diesem System, den Zustand 0 und 1. Dieses Atom hat 2 Zustände, die man hier durch dieses komische Symbol oben ausdrückt. Jetzt ist die Merkwürdigkeit an diesem quantenmechanischen System oder allgemeinen quantenmechanischen System, dass es eben nicht nur in 0 oder 1 sein kann, sondern eben auch in beiden Zuständen gleichzeitig. Deswegen können wir die Quantenmechanische Wellenfunktion diese unten sehen als die Nihacombination der Zustände schreiben. Es ist eine Summe aus dem Zustand 0 mit einem gewissen Faktor davor und dem Zustand 1 mit einem weiteren Normierungsfaktor und dazu noch etwas wie eine Phase. Das führt dazu, dass man darauf arithmetisch betreiben kann. Das ist am Anfang ein bisschen schwierig, sich das vorzustellen. Deswegen möchte ich Ihnen jetzt an die Hand geben, dass man sich das vorstellen kann als eine Teilchenwelle. Wenn man das hier sieht, stellen Sie sich vor, Sie haben von links eine Teilchenwelle, die durch eine Schranke muss, die zwei Öffnungen hat. Daraus gehen diese Wellen hervor. Es ist irgendwie ein einzelnes System, aber es zeigt auch gleichzeitig eine Interferenz durch den Überlapp der beiden Wellen. In dem Fall kann man auf gewisse Weise die Wellen, die dabei auftreten, addieren oder subtrahieren. Und ähnlich ist es beim Q-Bit hinterher. Der zweite Unterschied im Vergleich zu klassischen Bits ist, dass man sich mit der Messung des Zustandes befassen muss. Im klassischen Fall ist es einfach, man kann einfach sehen, ob es 0 oder 1 ist. Bei quantenmechanischen Systemen ist es bedeutend komplizierter. Jedes Mal, wenn wir das System messen, ändern wir dabei auch den Zustand. Wir haben jetzt hier rechts ein Gerät, das uns sagen soll, was der Zustand ist. Wir messen damit jetzt das quantenmechanische System links. Wir schalten jetzt das Messgerät an und versuchen zu messen. Und dabei passiert Folgendes. Die Wellenfunktion des Systems kollabiert. Das bedeutet, es entscheidet sich für einen Zustand. Wir haben jetzt hier 0 zum Beispiel bekommen mit der Wahrscheinlichkeit a oder man kann eben den Zustand 1 erhalten mit der Wahrscheinlichkeit 1-a. Das ist relativ speziell bei quantensystemen im Vergleich zu anderen. Und das macht es unter Umständen schwierig zu messen, was man wirklich erhält. Genau wie im klassischen System braucht man nicht nur ein Bit, sondern auch viele. Deswegen bauen wir uns jetzt ein Qubit-Register mit verschiedenen Qubits. Wir sehen sie einfach wieder durch, von oben nach unten, von a bis z. Und wenn man jetzt die Gesamtwellenfunktion aufschreiben will, multipliziert man einfach die Einzelwellenfunktionen, so wie es unten aufgeschrieben ist. Da das unter Umständen schwierig zu reden ist, schreiben wir das in einer Kurzform, die sieht dann so aus. Das ist ein Multi-Qubit-Zustand. Und jeder einzelne Qubit davon ist in den Zustand, so wie es die Buchstaben beschreiben. Eine Schlüsse-Technik bei Quantencomputing ist, dass man eben eine Überlagung haben kann. Ein überlagertes Zustand von mehreren Qubits. Vor zwei Folien haben wir gesagt, dass sie Qubits immer in mehr als einem Zustand sein kann, nicht nur 0 oder 1. Und jetzt wollen wir einen Zustand erzeugen, wo jeder einzelne Qubit hier in mehr als einem Zustand sein kann. Das Gesamtsystem dann in einem überlagerten Zustand. Vorne sehen wir eine Normierung. Der Unterschied ist jetzt, wir müssen jetzt die Aus- multiplizieren, die Einzelwellenfunktionen der Qubits. Und dadurch erhält man die Gesamtwellenfunktion. Dazu muss man jetzt hier die Klammern auflösen. Das machen wir jetzt Nmal. Und dadurch kriegen wir einen Quantenzustand mit zwei Hoch-N-Zuständenüberlagerungen. Von 0 bis alle Zustände 1. Das bedeutet, in diesem Register haben wir alle möglichen Zustände der Qubits gleichzeitig. Das ist natürlich wirklich aufregend, dass es einer der Hauptgründe, warum Quanten-Computing interessant ist. Also, häufig, weil diese Themen ein bisschen ... Du siehst, wir sehen die jetzt häufig so dargestellt. Also, der letzte Schritt wäre, diese Quantengate, wie die klassischen Gates. Wir nehmen eine Nummer von Input-Gates. Und der Unterschied jetzt ist, dass jetzt, da wir ein Quanten-Machangesystem haben, müssen wir auch einen Quantengate haben. Das heißt, einige Dinge, die in der klassischen Computing möglich waren, jetzt nicht mehr möglich sind, wie zum Beispiel das Kopieren von Qubits. Aber immer noch die klassischen Computer existieren immer noch. Das heißt, es gibt immer noch Gates, die uns erlauben, dass wir immer noch diese klassischen Operationen durchführen können. Okay, wenn wir jetzt alles kombinieren, was wir gelernt haben über diese Superposition von diesen Quantengates, dann sehen wir, wenn wir das Quantengate anwenden, kriegen wir ein Output, der das Produkt aller Input-States multipliziert mit dem Wert. Wir haben diese Quantenfunktion nur einmal angewendet, aber haben gleich alle Schritte gleichzeitig ausgeführt. Das nennt man Quantumparalysieren. Das Letzte, was wir jetzt noch brauchen, ist das Quantenverschränkungen. Das ist ein Konzept, das man so unterstehen kann. Wir haben zwei Qubits-States. Der erste ist Artus 0 und der andere 1. Dann wenden wir eine Funktion F auf diese zwei Qubits. Der Effekt ist, dass für diese zwei Inputs, wir kriegen ein Output, der so aussieht, das ist eine Superposition unserer 0 und 1 Zustände. Diese Zustand ist ziemlich merkwürdig, denn wenn du siehst, wir können diese Qubits nicht mehr einzelschreiben. Wir können die nicht mehr ausfaktorisieren. Das erste und das zweite können wir nicht mehr ausfaktorisieren. Die beiden sind beide darin vorhanden. Wenn wir jetzt messen würden auf dem ersten Qubit, so wie wir das vorhin gemacht haben, und vorhin war die Wahrscheinlichkeit, 1 zu messen, 50 Prozent, bzw. 0 zu messen, 50 Prozent, und was jetzt merkwürdig ist, wir haben auch den Wert des zweiten Qubits geändert. Das ist merkwürdig, und das heißt, es gibt eine Geisterinhaktion zwischen dem ersten und dem zweiten Qubit. Also, wenn wir etwas am ersten Qubit machen, haben wir auch Einfluss auf das zweite. Einstein hat ein berühmtes Paper darüber geschrieben, als das IPA-Paradox, wo er argumentiert hat, dass es der Grund, weshalb Quantum Mechanics nicht komplett ist. Wir können das brauchen, um unsere Computer zu beschleunigen. Das war sehr viel über dieses Thema. Deshalb möchte ich kurz zusammenfassen, was wir gesehen haben. Wir haben gelernt, Qubits sind 2-Level-Systeme, die über positioniert werden, also von status 0 und 1, wenn wir eine Messung führt zu einer Projektion des Werts, und wir können diese auch verschränken. Also, zurück zur eigentlichen Sache. Wir möchten immer noch dieses Passwort finden. Stellt euch vor, wir haben eine Blaupause dieser Funktion, und wir möchten eine Quantenversion davon implementieren. Wir können das machen, so wie wir es vorhin gemacht haben, also eine Superposition, calculate the function operator fj and then obtain the values of the password hashing function for all possible input states. Amazingly, of course, we will also be the value of the correct password in there. Wenn wir das anwenden, finden wir auch automatisch den korrekten Wert des Passwords. Also haben wir unsere Probleme gelöst, so wir haben den Status identifiziert, wo das korrekte Passwort drin ist. Das Einzige, was wir jetzt noch brauchen, ist den richtigen Wert zu finden. So, was wir jetzt dafür machen können, ist einfach das Messen eines jeden Qubits nach dieser Rechnung. Aber wie ich euch gesagt habe, jede Messung ändert diesen Qubit-State und ändert auch die anderen die Wahrscheinlichkeit, dass wir den richtigen Wert messen, ist nur 1 über n. Und die Wahrscheinlichkeit, das Falsche zu messen, ist 1 minus 1 über n, und das ist ziemlich schlechte Nachricht. Das ist das Dilemma der Quantenmechanik. Weil wir können die Funktion evaluieren, aber wir sind nicht fähig, die richtige Lösung darauf zu extrahieren. Was können wir also tun? Es gibt eine Lösung für dieses Problem. Das ist der sogenannte Grover Algorithmus. Er wurde 1969 von Grover entdeckt. Es gibt uns eine Möglichkeit, diese Lösung auf diesem Konsistung zu kriegen. Wir erfügen eine komplizierte Art von Gate, an diesen Grover Operator an und wiederholen das eine Wurzel n mal. Und wenn wir das gemacht haben, und der Algorithmus hat uns diese Amplituten jetzt einfach transformiert, und wenn wir jetzt messen, haben wir die Wahrscheinlichkeit von fast 100 Prozent der richtige Antwort zu finden. Das ist natürlich großartig. Also, wenn wir die Effizienz von dieser Grover Suche machen, ich habe es jetzt für 10 Cubits mal dargestellt. Mit 10 Cubits sind das 1024, also Ende 2020, nun in die Wahrscheinlichkeit hier auftragen gegen die Nummer von diesen Grover Rechnungen. Die Wahrscheinlichkeit ist am Anfang ziemlich klein, aber wenn wir das immer wieder wiederholen, dann sehen wir, dass diese Wahrscheinlichkeit immer größer wird und wir erreichen fast 100 Prozent nach ungefähr 25 Trazionen. Das ist ziemlich cool, weil wir wissen, wir müssen nicht 1000 Mal es evaluieren, sondern nur 25 Mal. Wenn wir zurückgehen aus diesen Grafen vorhin, dann sehen wir die Nummer von der Revolution von F gegen die... Wenn wir das jetzt vergleichen, sehen wir, dass der Quantenmechanismus viel schneller ist, wieder klassischer, weil es geht mit Wurzel auf N und nicht mit N, da wird mir die richtige Lösung finden. Also, wenn Leute euch sagen, dass Quantencomputers schneller sind, das Klassische ist das, was sie eigentlich meinen, dass vor Quantencomputer Algorithmen existieren, die das schneller berechnen können als die klassische Version. Und der Unterschied ist, nennt man Quantenbeschleunigung. In diesem Fall... Ich habe dieses Beispiel genommen, weil es einfach zu erklären ist und es ist auch schön zu zeigen. Die meisten von euch kennen wahrscheinlich Quantencomputing eher vom Algorithmen. Die meisten klassischen asymmetrischen Methoden passieren auf... Einfach ist, eine große Nummer zu kriegen, wenn man die Multiplation von zwei großen Zahlen ausführen. Aber es ist schwierig, das umgekehrt zu machen und diese Nummer daraus wieder rückwärts zu kriegen. Der beste Algorithmus für den klassischen Wert ist das, was ihr hier seht. Das ist dieser Show-Algorithmus, wer das Problem mit Algorithmus doch 3 löst. Das ändert die Laufzeit von solchen Algorithmus von Millionen von Jahren auf eine kürzere Zeit. So viel ich weiß, gibt es nicht. Hier kann man nicht sagen, dass Quantencomputers immer schneller sind als klassische Computers, weil wir nicht wissen, ob wir ein besserer Algorithmus finden für klassische Computers, der das Problem schneller löst. Sorry, dass das theoretisch war. Das ist ein bisschen zu theoretisch. Jetzt möchte ich euch zeigen, wie bildet man einen Quantenprozess? Es gibt viele verschiedene Antworten zu dieser Frage. Ich habe vorher über Qubits als Atome gesprochen und das ist eine gute Analogie. Es gibt wirklich Quantencomputer, die Atome benutzen, die einfach gefangen sind in einer Falle. Das ist z.B. von einer Vorschriftgruppe in Innsbruck und die fangen z.B. John in einer sogenannten Quantenfalle. Die tun diese Ionen da rein als String und dann manipulieren sie sie mit Lasern. Dann kann man wegen der Vibration von den Atomen Quantengates zwischen den verschiedenen Ionen produzieren. Das ist z.B. eine Möglichkeit, Quantencomputer zu machen. Das größte System, das bisher gebaut wurde, mit dieser Art hat 50 oder 100 Quantenbits. Und worüber ich heute sprechen will, ist Superleitenden Quantencomputer und das ist z.B. von der Universität von Santa Barbara. Die haben zusammen mit Google ein Quantencomputer gebaut und das ist das Ergebnis. Und wie ich vorher gesagt habe, diese Quantenprozesse sind realisiert mit ganz den Superleitern, Schichten auf Microchips. Und wenn ihr nicht wisst, was Superleitende Dinge sind, sehen die Superleiter sind Materialien, die ihr komplette elektrische Resistenz verlieren, wenn die Temperatur niedrig genug ist. Und wenn man das Tolle ist an Quantencomputer, wenn man nur ein Paar davon baut, wenn man es nur schafft, ein Paar davon zu bauen, dann haben wir unser Ziel erreicht. Wir wissen schon, wie man Microchips macht. Das heißt, dass wir dann sehr einfach ganz viele zu produzieren, wenn wir das einfach einmal schaffen. Es gibt ganz viele andere Technologien, nuklearmagnetische Resonanz und alles, was er sonst noch aufgelistet hat. Er will nur sagen, dass es noch andere Möglichkeiten gibt als die beiden, die wir jetzt groß erklärt haben. Und ich will kurz noch erklären, dass es ganz simpel zwei Qubit, also das ist der ganz einfache Zwei-Qubit-Prozess, den ich in meinem Doktorarbeit gemacht habe. Und das war 2004. Und was ich euch hier zeige, ist ein Elektronenmikroskop-Bild von meinem Zwei-Qubit-Quantencomputer. Und das ist sozusagen der kleinste Block, aus dem man ein Quantencomputer zusammenbauen kann. Also wir schauen hier wirklich auf die kleinste Einheit, die wir brauchen. Und das ist was ein paar Millimeter in Größe. Und das wurde mit einem Material realisiert, was bei minus 264 Grad superleitend wird. Und wir haben das irgendwo reingepackt, wo man Mikrowellen zu dem Quantencomputer zählen konnte. Und jetzt fragt ihr euch, wo sind die Qubits überhaupt auf dem Chip? Und die sind da im Zentrum. Wir können hier zwei davon sehen. Und wenn wir reinzoomen, können wir sogar sehen. Man kann es hier nicht so toll sehen, weil der Kontrast nicht so gut ist. Aber man kann sehen, dass es ein großer Kondensator aus Aluminium ist. Und der wird dann superleitend. Und das heißt, dass der als Unterstützer für unseren Qubits funktioniert. Und auf dem Kondensator ist dann etwas, was Adjusted Injunction nennt. Und das sind dünne Schichten von Superleitern. Und die sind isoliert von irgendwas anderem. Und das nennt wir schlechten Kontakt. Denn wenn das System superleitend wird, haben wir eine superleitende Wellenfunktion. Und diese Wellenfunktion kann tunneln zwischen den... Und dann gibt es tatsächlich eine Möglichkeit, einen Kontakt zu haben zwischen den zwei Schichten von dem Kontakt. Und wir nennen das künstliches Atom, denn es hat sozusagen einen Grundzustand und ein paar höhere Zustande. Und wir können das kontrollieren, wir können das manipulieren, indem wir Mikrowellen draufschießen. Und das Tolle daran ist, dass die Oszillation der Geschwindigkeit finitiver ist als Atom, also nur ein paar Gigahertz oder Megahertz. Und wir können die Qubits manipulieren, indem wir Mikrowellen auf sie hinsetzen. Und dann haben wir diese schlangenartige Struktur. Und wir können das uns vorstellen, als Gitarrenseite, die vibriert. Und dann haben wir diese... ...stehende Welle. Und... Auf der einen Seite schirmt das das Qubit von der Umgebung ab. Und auf der anderen Seite erlaubt es uns, den Zustand des Qubits auch zu messen hinterher. So, jetzt habe ich zuerst über zwei Qubit-Gates geredet. Jetzt müssen wir noch irgendeine Möglichkeit haben, dass die interagieren können. So, jetzt habe ich zuerst über zwei Qubit-Gates geredet. Jetzt müssen wir noch irgendeine Möglichkeit haben, die interagieren können. Wie wir das machen, ist, dass wir einen sehr kleinen Kondensator dazwischen schalten, der die beiden koppelt. Dadurch, dass man den Strom auf diesen Leitungen hier ändert, kann man die beiden verschränken. Das ist im Grunde schon alles. Um das jetzt zu betreiben, haben wir diesen Chip auf einen Wellenleiter gepackt. Das haben wir jetzt auf einen Probenhalter gemacht, der auch die Probe von Streufeldern abschirmen soll. Das ist ein kröster Start, den Sie hier sehen. Der Halter ist unten angebracht. Im Prinzip ist das nur ein sehr elaborierter Kühlschrank. Das befindet sich bei minus 273 Kälvien, also ganz knapp über absolut null. Das müssen wir, weil auf der einen Seite wäre das keine Superleiter, wenn wir sie bei Raumtemperatur haben. Und auf der anderen Seite wäre es so, dass wenn wir die Qubits bei Raumtemperatur betreiben, dass sie dann mit der Wärme und der Bewegung der Umgebung interagieren würden. Deswegen brauchen wir eine sehr niedrige Temperatur, um mit denen für lange Zeit einen Betrieb durchführen zu können. Das ist jetzt die Kurzfassung, wie man das baut. Die lange Variante braucht bestimmt zwei Jahre und eine ganze Menge an Mikrowellenjustierung. Was ich Ihnen jetzt hier zeigen will, ist die Ergebnisse von den Experimenten, die wir mit diesem Aufbau gemacht haben. Wir sind jetzt wieder bei Grova-Suche für zwei Qubits. Das ist kein wirklich realistisches Problem, was man hier lösen will. Aber es ist natürlich eine gute Demonstration für das, was man hinterher damit machen kann. Wir haben wieder zwei Qubits, mit denen wir den Eingangszustand modellieren wollen. Und dann haben wir ein Icewap-Gutter, das zusammen mit diesen zwei Gates, die hinten dran geschaltet werden, die Funktion fj berechnet. Und das soll wieder das Passwort als das richtige markieren. Mit dem zwei Qubit-Fall muss man den Grova-Operator nur zweimal anwenden. Deswegen haben wir die gleiche Schaltung hinten dran nochmal. Und dann im Anschluss messen wir den Output und sehen, ob es funktioniert hat. Was Sie hier sehen, ist die Zeit auf der X-Achse. Und die Höhe der Wellen, die wir messen, sehen Sie auf der Y-Achse in Rot. Am Anfang sehen Sie die zwei Mikrowellenpulse, die wir reinschicken. Dann schicken Sie, wenn das Multikubit geht. Dann separieren wir sie wieder, machen weitere Operationen drauf, lassen sie nochmal durch den Grova-Operator und dann messen wir den Output. Jetzt wollen wir natürlich sehen, wie erfolgreich wir sind. Wenn wir das machen. Diese ganze Schaltung zu durchlaufen, dauert ungefähr 200 Nanosekunden. Das lassen wir jetzt sehr oft laufen, mitteln dann über die Ergebnisse, um an besseren Gäste aus Ergebnissen zu sehen. Und hier sehen Sie die Wahrscheinlichkeiten abgebildet dafür, wenn man es oft laufen lässt, dafür, dass es da drin in diesen Zuständen gefunden werden kann. Die Erfolgswahrscheinlichkeit, dass man im Zustand 0,0 endet, hat 67 Prozent. Also wir hätten eigentlich 100 Prozent erwartet. Aber warum das nicht geklappt hat, erkläre ich Ihnen später. Um das jetzt wissenschaftlich ein bisschen besser zu fundieren, machen wir das dann auch noch für die anderen möglichen Suchfunktionen. Jedes Mal machen wir wieder den gleichen Vorgang. Und wir stellen fest, dass wir mindestens 50 Prozent erreichen jedes Mal. Das ist schon ziemlich gut. Das ist so ein Messlatte, in dem wir uns messen lassen müssen, im Vergleich mit klassischem Rechnen. Wenn man jetzt ein 2-Bit-Zustand hat, kann man die richtige Antwort nehmen und die restlichen drei Städte zurückziehen. Das ist das, was ich hier nenne. Das ist dieser ... Weil der Erfolgsquote erfolgt, wäre der 50 Prozent im klassischen Fall. Also in diesem einfachen Fall sehen wir schon, dass wir schon einen Quantum Speed-Up gezeigt haben. Also, ihr fragt euch jetzt sicher, wie können wir das weiter beschleunigen? Und wir möchten das jetzt gerne mit 1.000 oder 10.000 Cubits machen. Da gibt es einige Probleme. Zum Beispiel, die ich euch zeige, das größte ist ... Das größte war auch das Thema eines meiner PhD-Tasens. Das ist die Decoherenz. Das heißt, dass das Cubit nicht nur manipuliert und gemessen von uns selbst, aber auch von anderen Quantum-Systemen, wie zum Beispiel auf dem Chip oder vom Deletion von Christath oder anderer Systeme, die unsere Cubits messen und manipulieren. Und wie wir das gelernt haben, jede Messung zerstört das. Das heißt, wenn ein äußerer System das Mest zerstört, das war auf der größten Ahnung von ein paar 100 Nanosekunden, welche das gemacht wurde. Das zweite war das Cubit-Couplet-Coupling. Wenn wir zwei Cubits haben, können wir einfach ein Coupling-System entwickeln. Das heißt, wenn wir jetzt hochskalieren mit den Cubits, sehen wir, dass es ziemlich kompliziert wird. Diese Interaktion von zwei Cubits schwierig ist an und auszuschalten. Das ist wie, wenn ihr eine Telefonleitung habt mit verschiedenen Frequenzen. Wir haben zum Beispiel 1000 Teilnehmer. Und wenn jeder Teilnehmer ein Teil der Bandbreite nimmt, an irgendeinem Punkt gibt es dann keine Bandbreite mehr für neue User. So, wir haben in unserem System alle Frequenzen benutzt für unsere Cubits. Und haben dann eine Entferrenz. Und das gleiche Problem haben wir für die Messung der Cubits-Dates. Das heißt, wenn wir diese Messung von den Cubits machen, auch wenn wir immer noch 90% messen, haben wir immer noch 10% über welche unsere Probleme bereiten. Und wir haben natürlich noch andere Probleme. Das heißt, für Quantum-Mputer ist es ziemlich schwierig, das ganze Ding zu resetten, zu Nullpunkt zu bringen. Und das ist ein Problem, das wir noch lösen müssen. Und wir haben das noch nicht vollständig gelöst bisher. Ich möchte gerne diesen Talk enden mit einem Ausblick über den letzten Trends von Quantum-Mutings. Es sind einige Gruppen in der Welt, die das versuchen zu verbessern, also die ganze Cubits-Sache. Und helfen möchte, einen großen Quantum-Mputer zu bauen. Und ich zeige euch hier ein Bild auf einer Gruppe von Santa Barbara, die haben vor Kurzem mit Google zusammengespannt, um dieses Projekt fortan zu bringen. Und was die machen, die möchten neue Architekturen konstruieren, welche jetzt auch Transform-Cubits benutzen und Resonatoren. Und die kappeln das in einer anderen Art, sodass es einfach ist, eine große Menge von Cubits auf dem selben Chip zu haben und somit einen richtigen Quantum-Computer zu haben. Dieser Ansatz nennt man auch Rescue. Dann können wir auch über andere Fortschritte nachdenken, und zwar mit den Cubits selbst. Einige Gruppen z.B. in Yale und Delft und in anderen Orten machen das mit Ersetzen durch richtige 3D-Resonatoren. In diesem Beispiel seht ihr eine 3D-Karitthet-Resonator, welche auf einer Schwefel-Scheibe gesetzt wurde. Die Kurrenzzeit und die Lebenszeit des Erresonatotas ist viel besser als in diesen 2D-Fällen. Eine andere Sache ist dieses Quantum-Error-Correction, Quantum-Fehler-Korrektor. Wir können nicht nur sagen, wir möchten bessere Cubits bauen, aber wir möchten auch schlechte Cubits benutzen und Algorithmen entwickeln, welche diese Fehler ausmerzen. Das ist möglich auch mit Quantum-Bits, und es gibt verschiedene Ansätze. Es gibt Systeme, die fähig sind, eine gewisse Anzahl von falschen Cubits auszufüttern. Das Letzte ist, dass wir nicht nur ein normales, solides System benutzen, aber auch ein Hybrid von verschiedenen Systemen. Ich zeige euch hier eine Arbeit von einer Gruppe, und das ist ein Hybrid-Quartensystem. Das ist ein sogenannte NV-Sender in Diamant. Das ist auch verantwortlich für die Farber. Dies kann auch Quantum-Informationen speichern. Wir haben ein Cubit, und wenn du das in Status manipulieren möchtest, das heißt, wenn du es speichern möchtest, kannst du es einfach in dieses NV-Sender in Diamant behalten. Wir sehen, es gibt sehr viel Forschung in diesem Bereich. Wenn wir Morse Law für Quantum-Computer aufzeichnen möchten, wenn diese Forschung begann in 1999, die Cubits, die wir damals hatten, hat eine Quartens-Time auf vielleicht 1,9 Sekunde, also es waren wirklich methodische, primitive Standards in den folgenden Jahren, die viel längere Quartens-Time-Zeiten-Kunden erreicht werden. In 2014 haben wir Quartens-Zeiten von ein paar 100 Merkoskunden. Das zeigt, dass wir dir wirklich benutzen können für einen echten Quantum-Computer. In der Verfassung Quartens-Computer kommen, aber es sind immer noch sehr viele Probleme zu lösen. Und um diesen Talk mit einem politisch korrekt zu enden, es gibt auch schlechte Neuigkeiten, denn Quartens-Computer werden auch in falsche Händen kommen, denn die meisten Forschung ist zurzeit finanziert durch die Regierung und große Firmen. Das war eigentlich für jetzt alles, was ich euch sagen wollte. Wenn ihr noch weiter interessiert sind in diesem Thema, es gibt noch einen zweiten Vortrag morgen. Der heißt Diamond Talk-Computer's Best Friends, der meinte, sie sind der beste Freund eines Quartens-Computers von Nikolas Wörl, Halle 6, um 12.45 Uhr. Besten Dank für die Aufmerksamkeit. Ich würde mich freuen, jetzt eure Fragen zu beantworten. Ich mache. Danke für den Vortrag. Wir haben jetzt noch ein paar Minuten Zeit, um Fragen zu beantworten. Bitte stellt euch eine Mikrofone. Es gibt sechs Mikrofone. Ein zweiter für fünf, sechs. Dahinten gibt es auch welche. Und wir haben auch das ISC und Twitter, wie vorhergesagt. Wenn ihr physisch nicht fähig seid, um eine Mikrofone zu kommen, wenn ihr nicht aufstehen könnt, dann meldet euch bitte, wir haben noch ein Mikrofon, was wir wandern lassen können. Hallo. Danke für den Vortrag. Sehr interessant. Ich habe sehr viel gelernt. Und wenn ich es richtig verstehe, können Quartenkomputer, wenn ich es richtig verstehe, sind Quartenkomputer im Moment limitiert wegen den Anzahl von Quantenbits, die wir haben können. Und für hohe Quantenbits ist das halt nicht mehr stabil. Hast du eine Idee, wie viel Diamant und wie viele Quantenbits und wie viele Diamant brauchen wir, bis das groß genug ist, dass das mit normalen Computern konkurrieren kann? Danke. Das ist eine sehr gute Frage. Was du wirklich erreichen willst, mit Quantenbits, ist eine gewisse Fehlergrenze zu erreichen. Wie ich vorher gesagt habe, es gibt Möglichkeiten Fehler zu korrigieren für Quantencomputer. Und wenn man unter eine gewisse Fehlerzahl kommt, dann ist es gut genug. Und für klassische oder halbquanten Computer ist diese Fehlerkollektion sehr niedrig. Aber für neuere Ansätze sind die Fehler barrieren höher. Und deswegen heutzutage ist es einfacher, gute Quantencomputer zu machen. Ich habe es nicht richtig verstanden, aber ich sage das. Mh, willst du eine machen? Zwei Fragen. Die erste Frage ist, wir haben die richtige Antwort mit einer Wahrscheinlichkeit von A an 1 gehört. Ist es auch wahr für die anderen Quanten als gerippend, dass man immer eine kleine Wahrscheinlichkeit hat, das falsche Ergebnis zu kriegen? Die meisten sind, das ist schon wahr, also in der Regel kriegt man nahe an 100%, aber nie 100%. Es gibt schon immer eine kleine Wahrscheinlichkeit für ein Fehler. Wir müssen deswegen immer den Prozess mehrfach wiederholen und dann einfach gegenchecken, dass es auch wirklich plausibel ist, was man da findet. Also soweit ich weiß und soweit ich es verstehe, sind eigentlich alle Quanteneigoritypen probabilistisch. Das hat man hat immer eine kleine Wahrscheinlichkeit für ein Fehler. Hallo, vielen Dank für den Vortrag. Ich habe eine kurze Frage. Um klassische Gebiete schneller zu machen, brauchen wir Bits, um das schnell zu machen? Er fragt, in der Regel ist es beim klassischen so, dass man entweder die Rechnung schneller macht oder dass man den Instruktionsset ändert. Was ist hier die Wahrscheinlichkeit, dass es weiterbringt? Die größte Schwierigkeit in dem Computern ist nicht, die größte Anzahl auf den Chip zu haben, sondern die Möglichkeit, eine große Wahrscheinlichkeit zu machen. Und in diesem Sinne, wir haben keine höhere Projette, dass die größte, wenn du die Performance sprichst, du möchtest die Zeit, das wird gemacht durch die Projette. Das ist eine große Wahrscheinlichkeit. Das ist eine große Wahrscheinlichkeit. Das ist eine große Wahrscheinlichkeit. Das wird gemacht durch die Frequenz zu erhöhen und das Coupling zu erhöhen zwischen den einzelnen Cubits. Das würde auch die Anzahl der Fehler erhöhen. Das heißt, wenn die Cubits raus aus dem Coupling und reinbringen. Das heißt, es ist immer ein Kompromiss zwischen diesen Fortnachteilen. Was denkst du über Lineara? Was denkst du über Lineara-Approximat? Was wird Lineara-Ansätze mit Lineara-Auptik? Das ist eigentlich fast frei von Interferenz. Es gibt nette Ansätze aus 2002 und 2003. Und die sind dann integriert in den Chip. Und was denkst du darüber? Ich bin kein Experte über Quanten-Auptik-Computing. Ich bin kein Experte über Quanten-Auptik-Computing. Ich bin kein Experte über Quanten-Auptik-Computing. Aber wie ich vorhin schon gesagt habe, es gibt viele Ansätze, das Problem anzugehen. Und klar, das Rennen ist noch komplett offen. Und wir werden sehen, was passiert. Und wenn ich jetzt wetten müsste, dann würde ich natürlich auf Einchabs setzen, also Johnen fallen. Das könnte wirklich ... Es gibt auch noch ein, zwei andere Technologien, die sich als gute Alternative erweisen könnten, falls es mit dieser Methode nicht weiter funktioniert. Wir müssen dabei immer abschätzen bei dieser Methode, wie schwierig es ist, eine große Anzahl an Covid zu erzeugen, sie zu verschränken. Und das sind natürlich die Kriterien, mit denen man hinterher die Sachen bewerten muss. Nr. 2, bitte. Hallo. Wenn ihr euer Interferenzproblem habt mit den verschiedenen Frequenzen, ist es dann nicht einfach eine Frage, ob man einen mehr komplizierteren Wahrscheinlichkeitsbase hat, wenn man einen Scaling-Problem hat. Und man hat ganz viele Cubits. Und man hat nicht genug Frequenzen dafür. Ah ja, okay, ich verstehe. Das andere Computer war, dass das System sehr simpel war. Also es war einfach nur ein Kondensator und der hat die Cubits miteinander gekoppelt. Und das, was wir da sehen, das mit der Universität von Santa Barbara, die haben mehr komplizierte Koppelsysteme. Also das heißt, die Cubits sind da z.B. isoliert voneinander mit ganz vielen Resonatoren. Und die Kopplungseffekt und Koppelstärken sind dann viel ... besser als unser System und die sind dann verlässiger und funktioniert besser für größere Zahl von Quantenbilds. Und es gibt dann halt ganz viele Ansätze, die man machen kann. Und warum benutzen Leute nicht einfach bessere Supra-Leiter? Ich meine, das können auch heutzutage schon viel besser. Die Temperatur ist eigentlich wirklich nicht das größte Problem, was wir im Moment haben. Also wir arbeiten bei niedrigen Temperaturen einfach, um thermische Anregungen der Cubits zu verhindern. Und natürlich wäre es möglich, dass man das Material beim Supra-Leiter ändert. Aber es wäre natürlich auch sehr kompliziert, weil die Materialen, die wir benutzen, Aluminium und Neovium, funktionieren schon sehr gut, weil die haben wir schon 10, 20 Jahren optimiert und da ist der Prozess sehr darauf abgestimmt. Und es wäre relativ knifflig, einen neuen Prozess zu finden, der auf dem gleichen Niveau arbeitet. Also Internetfrage bitte. Wie viele Cubits braucht es, um einen Schlüssel einer gewissen Länge zu knacken? Das ist eine wirklich gute Frage und ich möchte jetzt nicht lügen. Aber so viel ich weiß, ist die Nummer der Cubits geht linear mit der Größe des Problems. Das heißt, du brauchst 2000 und so irgendwas. Also mindestens so viele Bits wie du in der Größe hast. Und das geht dann auch mit der Fehlerkorrektur. Aber ich kann das gerne nachschauen und gebe dann noch eine genaure Antwort. Nummer 5 bitte. Hallo. Ich hab mich gefragt der Vortrag sah so aus, als ob die Richtung der Forschung ist, wie kann man die Probleme mit Quantencomputern lösen, die man heute mit normalen Computern hat? Aber das Ding, was man normal, was man gerne hätte, ist, neue Probleme zu finden, die man jetzt lösen kann. Natürlich, die weiße, basische Sache darüber ist, wie gesagt, mit den Quantencomputern schwierige Probleme lösen, wie für Quantencrypto-Dinge, also das eliminiert eine Sicherheit und es gibt viel Forschung in dieser Post-Crypto. Ich würde darauf jetzt kein Kommentar zu abgehen, aber auf jeden Fall, es gibt viel in der Forschung und sprechen da auch mit Quantencryptografie. Vielen Dank. Nummer 4, bitte. Hallo. Ich würde interessieren, was eure Gedanken sind in der Zukunft, wenn viele von diesen Hindernissen weg sind und wenn wir dann Quantencomputer haben, die wirklich genug Quantenbits haben und wirklich viele Leute Zugriff darauf haben, was denkt ihr um was dann vielversprechende Anwendungen für diese Technologie wären? Für mich persönlich Cracking Password oder das Lesen von E-Mails ist nicht die Sache, für die mich Quantencomputer bauen sollten, aber die Möglichkeit zu simulieren. Also wenn du heute die konventionale Elektronik anschaust, wie zum Beispiel Prozessor, du siehst, dass die Größe in den aktuellen Prozessor immer runter und runter ging und sind am Limit von einem Prozessor mit ein paar wenigen Atomen und wenn jetzt dieses Systeme wir möchten simulieren und verstehen, brauchen wir Quantencomputer und es gibt viele andere Anwendungen wie zum Beispiel Biologie und Proteinfalten welche wirklich profitieren würden von dieser Technologie. Also für mich ist es nichts, dass Knacken von Passwordern. Vielen Dank. Danke. Nummer 1, bitte. Was ich mich gerne wissen würde in der normalen Presse ist immer die Aussage, dass wenn man ganz viele Bits haben will, das ist ganz schwer und das Problem ist, dass für viele Bits die Interferenzieren dann nicht mehr damit, im Miteinander. Und was ich jetzt verstanden habe, ist, dass die Hintergrundgeräusche sind das große Problem und was ich verstanden habe, ist, dass man das mit gut, dass das Ion wie ich gesagt habe, ich bin kein Experte in Ion von Computer, aber die Cubits, welche dort verwendet werden, haben eine sehr gute Qualität. Die Corentz Time ist in der Größe von Sekunden und es ist vergleichbar zu superleiten Cubits. Und man kann auch sehr schnell auslesen. Das heißt, die Erfolgsquote, wenn du auslähst, ist auch fast 100%. Das scheint auch sehr viel Sprechen zu sein und was ein Problem sein könnte, ist das Skalieren. Wenn man bei einer großen Nummer von Cubits ist, dann hast du viele Dinge in der Falle. Das heißt auch, Atomfahren auf einem Chip. Dann kann man eins in den Cubits und Ions nehmen und die dann rum sortieren und voneinander isolieren. Und für mich ist einfach das Wissen. Und die eine Art scheint gerade vorne zu sein. Aber wir können auch zum Beispiel der superleitende Cubit Ding verbessern. Das ist komplett offen, was tatsächlich die Technologie ist, die sich durchsetzen wird. Nummer 6, bitte. Sie haben uns gesagt, dass wir immer noch das Biner-System verwenden. Aber wir könnten doch eigentlich auch Systeme mit höheren Levels verwenden. Können wir nicht das Biner-System einfach hinter uns lassen? Ja, das könnte man machen. Und in der Tat, wir haben damit rumexperimentiert und wir haben das zweite und das dritte Energie-Level genommen und dann haben wir eine höhere Basis für unsere Kalkulation. Aber normalerweise macht man das nicht, denn der Beschleunigung, die Quantenbeschleunigung, die man dadurch bekommt, man kann sagen, wenn man ein Quantensystem mit drei Zuständen hat, dann hat man einen Phasen-Raum, der 2 hoch 3 ist und die Zahl, die wir dadurch verändern würden, dass wir noch eine Zustand dazu nehmen, ist nicht im Exponenten und deswegen ist es nicht wichtig. Wir sind jetzt mit der Zeit durch noch Fragen stellen und ihm auflauern sozusagen. Bedankt euch bitte bei ihm.