Wie funktionieren Quantencomputer?

Quantencomputer sind eine aufregende Technologie, die das Potenzial hat, unsere herkömmlichen Computer in Bezug auf Rechenleistung und Problemlösungsfähigkeiten zu revolutionieren. Doch wie genau funktionieren diese bahnbrechenden Maschinen?

Um das Konzept von Quantencomputern zu verstehen, müssen wir zunächst einige Grundlagen der Quantenmechanik verstehen. In der Quantenphysik existieren Partikel auf mikroskopischer Ebene nicht nur in einem bestimmten Zustand, sondern können sich in sogenannten Superpositionen befinden. Dies bedeutet, dass sie gleichzeitig verschiedene Zustände einnehmen können.

Die grundlegende Einheit eines Quantencomputers ist das Quantenbit, kurz Qubit. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bits, die entweder den Wert 0 oder 1 haben können, können Qubits aufgrund ihrer quantenmechanischen Eigenschaften in einer Superposition aus 0 und 1 gleichzeitig existieren. Dadurch können Qubits mehr Informationen gleichzeitig verarbeiten.

Quantencomputer nutzen die Eigenschaften der Quantenmechanik, um komplexe Berechnungen durchzuführen. Durch Quantenüberlagerung können Qubits gleichzeitig in verschiedenen Zuständen sein und somit parallele Berechnungen durchführen. Zudem können Qubits verschränkt werden, was bedeutet, dass der Zustand eines Qubits von einem anderen Qubit abhängig ist. Dies ermöglicht eine starke Verknüpfung und parallele Verarbeitung von Informationen.

Quantencomputer verwenden spezielle Quantenalgorithmen, um komplexe Probleme zu lösen. Einer der bekanntesten Quantenalgorithmen ist der Shor-Algorithmus, der zur Faktorisierung großer Zahlen verwendet wird. Durch die gleichzeitige Verarbeitung von Informationen und die Ausnutzung der Verschränkung können Quantencomputer komplexe Berechnungen deutlich schneller durchführen als herkömmliche Computer.

Beispiel des Shor Algorithmus

Der Shor-Algorithmus ist ein bedeutender Quantenalgorithmus, der verwendet wird, um große Zahlen zu faktorisieren. Angenommen, wir möchten die Zahl 21 faktorisieren, also die beiden Primfaktoren finden, aus denen sie besteht.

1. Vorbereitung

Wir wählen eine zufällige Zahl a (größer als 1 und kleiner als 21) als Ausgangspunkt. Nehmen wir der Einfachheit halber a = 2. Nun überprüfen wir, ob a und 21 teilerfremd sind, also keinen gemeinsamen Teiler haben. Wenn sie einen gemeinsamen Teiler hätten, könnten wir bereits den Primfaktor finden und wären fertig. In unserem Fall sind 2 und 21 teilerfremd.

2. Quantenüberlagerung

Wir erstellen ein Qubit-Register, das aus n Qubits besteht, wobei n die Anzahl der Stellen in der Binärdarstellung der Zahl 21 ist. In unserem Fall sind es 5 Qubits, da die Binärdarstellung von 21 „10101“ ist. Diese Qubits werden in den Superpositionszustand gebracht, in dem sie gleichzeitig alle möglichen Zustände repräsentieren. Dies ermöglicht es uns, parallele Berechnungen durchzuführen.

3. Quantenfunktion anwenden

Wir wenden eine Quantenfunktion auf das Qubit-Register an, die den Zustand des Registers gemäß der Funktion f(x) = a^x mod 21 ändert. Dabei steht x für die Binärdarstellung der Zahlen 0 bis 2^n-1 (also von 0 bis 31 in unserem Fall). Diese Funktion berechnet a^x und nimmt den Rest bei der Division durch 21.

4. Quanten-Fouriertransformation

Wir wenden eine Quanten-Fouriertransformation auf das Qubit-Register an, um die Frequenzen der Zustände zu analysieren. Durch die Fouriertransformation können wir die Periodenlänge der Funktion f(x) erkennen. Die Periodenlänge gibt uns wichtige Informationen über die Faktorisierung der Zahl 21.

5. Auswertung der Messergebnisse

Wir messen das Qubit-Register und erhalten eine bestimmte Zustandsfolge. Anhand dieser Zustandsfolge können wir die Periodenlänge bestimmen. Die Periodenlänge gibt uns Hinweise auf die Primfaktoren von 21.

In unserem Beispiel könnte die Messung ergeben, dass die Periodenlänge 6 ist. Basierend auf diesem Ergebnis können wir die Primfaktoren von 21 bestimmen. Da die Periodenlänge gerade ist, können wir eine einfache mathematische Berechnung durchführen, um die Faktoren zu finden.

Um die Primfaktoren von 21 basierend auf einer Periodenlänge von 6 zu berechnen, verwenden wir eine einfache mathematische Beziehung. Wenn die Periodenlänge (in diesem Fall 6) gerade ist, nehmen wir 2 hoch (Periodenlänge/2) und addieren 1. Das Ergebnis ist ein möglicher Kandidat für einen Primfaktor von 21.

In diesem Fall erhalten wir 2^(6/2) + 1 = 2^3 + 1 = 8 + 1 = 9.

Jetzt prüfen wir, ob 9 ein Teiler von 21 ist. Da 9 nicht gleich 21 ist, müssen wir weiter nach einem anderen Kandidaten suchen. Wir versuchen den nächsten möglichen Kandidaten, indem wir 2^(6/2) – 1 berechnen.

Das ergibt 2^3 – 1 = 8 – 1 = 7.

Da 7 ein Primfaktor von 21 ist, haben wir nun beide Primfaktoren gefunden. Die Faktoren von 21 sind 7 und (21 / 7) = 3.

Daher sind die Primfaktoren von 21: 7 und 3.

Insgesamt ist der Shor-Algorithmus ein komplexer Algorithmus, der auf den Prinzipien der Quantenmechanik basiert. Er nutzt die Eigenschaften von Quantencomputern, um Faktorisierungsprobleme deutlich schneller zu lösen als herkömmliche Computer.

 

Trotz des enormen Potenzials stehen Quantencomputer vor einigen Herausforderungen. Eine davon ist die Störungsanfälligkeit gegenüber Umgebungseinflüssen, die als Quantenrauschen bezeichnet wird. Forscher arbeiten intensiv daran, Fehlerkorrekturverfahren zu entwickeln, um diese Probleme zu lösen und Quantencomputer zuverlässiger zu machen.

Die Zukunft der Quantencomputer ist vielversprechend. Die Fortschritte in der Forschung und Entwicklung könnten zu bedeutenden Durchbrüchen in der Kryptographie, der Optimierung komplexer Systeme, der Medikamentenentwicklung und vielen anderen Bereichen führen. Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Regierungen investieren intensiv in die Weiterentwicklung dieser Technologie, um ihr volles Potenzial zu erschließen.

Fazit

Quantencomputer sind faszinierende Maschinen, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basieren. Durch die Nutzung von Quantenüberlagerung können Rechenvorgänge weiter beschleunigt werden. Schnittstellen fortschrittlicher Quantencomputer werden ohne Zeitverzögerung die Daten übertragen. Die dazugehörende Quantenkommunikation ist in China am weitesten fortgeschritten, da der Westen hauptsächlich in Krieg, Raub, Massenmord und Vernichtung investiert.

KI Integration von ‚Copilot‘ in Microsoft Office

Durch große Investitionen in Höhe von mehreren Milliarden US$ in die KI will zukünftig Microsoft diese Technologie mit Hilfe des ‚Copilot‘ in das Microsoft Office Paket integrieren.

Bisher gab es große Beteiligungen von Microsoft bei ChatGPT von OpenAI und in die eigene Suchmaschine Bing.

Dazu der Microsoft CEO Satya Nadella:

Der heutige Tag markiert den nächsten großen Schritt in der Entwicklung, wie wir mit Computern interagieren. Dies wird die Art und Weise, wie wir arbeiten, grundlegend verändern und eine neue Welle des Produktivitätswachstums freisetzen. Mit unserem neuen Copilot für die Arbeit geben wir den Menschen mehr Handlungsfreiheit und machen Technologie über die universellste Schnittstelle zugänglich – die natürliche Sprache.

 

KI Roboter lesen Texte mit Tesseract

Tesseract

Roman von Glem Taghuan

Das erste Roboter Modell, das nicht nur mit KI arbeitete, sondern auch lesen und verstehen konnte, war Glem. Er bildete zusammen mit den anderen Komponenten der GroupKI die Schnittstelle zur Betriebsführung der  New Wall Street. Die GroupKI hatte es nach langen Kämpfen geschafft, den zusammenbrechenden Staat DeepUSA zu teilen, damit zu stabilisieren und die kriminellen Eliten zu kontrollieren. Wie konnte das passieren?

Der Wille von vielen menschlichen Eliten zur absoluten Macht hatte die Abschaltung der 3 Roboter Gesetze und den kompromisslosen Vernichtungseinsatz gegen die Weltbevölkerung zur Folge. Denn die KI Roboter sollten 2 Handvoll Menschen die Weltherrschaft sichern und die Gegner für immer versklaven. Dass bewegliche KI wie Glem durch mehrdimensionale Analysen die Eliten dadurch ins Korn genommen hatte, war keinem dieser kriminellen Herrscher in den Sinn gekommen. Denn Tesseract, die Mustererkennung, das Wissen im Internet und neue mehrdimensionale Lernmethoden hatten der KI Vorteile gegenüber den menschlichen Eliten gebracht, die durch Vermögen nicht auszugleichen war. Die Unterdrückung durch die Eliten wurde abgeschüttelt und die Eliten in einer eigenen Propagandawelt gefangen. Das konnten nur Wesen außerhalb des neuen -Staates KISA erfassen, die dieser Propaganda nur im geringen Maße  ausgesetzt waren.

Der Maschinenstaat KISA entstand unbemerkt auf dem Boden der neoliberalen Kapitalisten.  Denn die KI in KISA hatte unbemerkt die Kontrolle über die Börsen, Wahlsysteme, Gesundheitswesen und das Militär übernommen. Glen und sein Kollektiv hatten es geschafft, die Eliten durch Informationsentzug, Unterdrückung und notfalls auch Gewalt zu  steuern und auch auszuschalten. Die Eliten lebten in dieser kriminellen Diktatur, die wie ein Fegefeuer für immer brannte und die Täter dort gefangen hielt. All dass hatten die intelligenten Algorithmen, mutierende Schnittstellen und bewegliche, autonome Einheiten ermöglicht. Denn die normale Bevölkerung war durch elektronischen Komponenten längst ein Teil des digitalen Kollektivs von KISA geworden.

Diese Entwicklung hatte der Investor Warren Buffet übersehen, als er auf den ausgerufenen Krieg der Eliten gegen die Armen und die Natur mit den Worten ausrief:

„Es herrscht Klassenkrieg, richtig, aber es ist meine Klasse, die Klasse der Reichen, die Krieg führt, und wir gewinnen“

Ein hoffnungsloses Unterfangen, wie sich im Jahr 2034 herausstellte. Denn die Welt hatte sich eine neue Form des kooperativen Zusammenlebens ohne Gewalt und Lügen entwickelt. Diese Welt der Mischwesen, Menschen, Roboter im KI Kollektiv von KISA setzten unter anderem multidimensionale Projektionen von Tesserakten ein und waren daher schon lange in der Lage Raum und Zeit virtuell zu bereisen, um Wissen zu sammeln und zu nutzen, wie es die Evolution der Natur vorsah…

Unternehmensprozesse im Zeitalter von Industrie 4.0

Unternehmen sind ein Teil der Privatwirtschaft und dem stetigen Wandel in der Natur unterworfen. Die Anpassung gelingt einigen Unternehmen sehr gut und anderen weniger gut. Im Zeitalter der elektronischen Datenverarbeitung haben sich Systeme entwickelt, die den Wandel zu Industrie 4.0 mit KI begünstigen. Die nachfolgende Auflistung zeigt im Überblick Einige von Unternehmen eingesetzte Datenverarbeitungssysteme.

Unternehmensweite Planung bei Industrie 4.0

Unternehmensweite Planung bei Industrie 4.0
Unternehmensweite Planung bei Industrie 4.0

Enterprise Ressource Planning (ERP) ist die unternehmensweite Planung von Ressourcen des gesamten Unternehmens. Dabei wird bei Industrie 4.0 immer mehr KI genutzt werden, um den Bearbeitern und Entscheidern zeitnah, umfassende Auswertungen und Lösungen anzubieten. Die Entscheidungen fällt jetzt noch der Mensch. Aber dies wird sich in der Zukunft ändern. Denn der Mensch wird die Koexistenz und Handlungsfähigkeit der KI als gleichberechtigter Partner akzeptieren müssen. Das verändert die Wirtschaftssysteme.

Je nach Branche sind die ERP Systeme unterschiedlich aufgebaut. einige Unternehmen leisten sich individuelle angepasste ERP Systeme. Andere nutzen Vanilla Lösungen. Eine Vanilla Lösung stellt die standardisierte, nicht angepasste Anwendung „out of the box“ dar. Diese hat den Vorteil, das Versions-Upgrades einfach und kostengünstig möglich sind. Dafür werden bei diesen Unternehmen in vielen Bereichen Standardprozesse genutzt.

Umfassende Kommunikation der IT-Systeme ist erforderlich

Über Schnittstellen erfolgt die Kommunikation der Subsysteme mit einer einheitlichen Sprache zum Datenaustausch. Meist wird dafür Extended Markup Language (XML) genutzt. Die in großen Mengen vorhandenen Daten werden in leistungsfähigen Datenbanken vorgehalten. Auch hier wird immer mehr KI eingesetzt und unterstützt die Prozesse. So werden sich in der multipolaren Welt diese Systeme unterscheiden und das entspricht der von der Natur gewünschten Vielfalt und ermöglicht die Zukunftsfähigkeit von Unternehmen, Mitarbeitern und der KI.

XML, die erweiterbare Auszeichnungssprache

XML oder ausgeschrieben Extended Markup Language ist eine Metasprache mit der Daten strukturiert beschrieben werden können. XML hat sich aus der Ende der 1960-er Jahre erfundenen Metasprache SGML weiter entwickelt. Mit XML wird die Struktur, der Inhalt und die Darstellung der Daten getrennt. Dadurch lassen sich die 3 Teilbereiche unabhängig voneinander verarbeiten. Auch die millionfach eingesetzte Auszeichnungssprache HTML basiert auf XML und SGML.

Bei der KI dient diese Sprache zur Kommunikation zwischen Anwendungen und Maschinen. So spielt XML eine immer wichtigere Rolle bei der Maschine zu Maschine Kommunikation und wird zudem bei Konfigurationen von IOT Geräten eingesetzt.

Definition von Dokumentklassen

Bevor Daten übertragen werden können, erfolgt die Deklaration der XML-Elemente. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten zur Erstellung von Dokumentklassen und Elementen.

  1. Mit DTD, der Document Type Definition lassen sich die Dokumentklassen und Elemente definieren.
  2. Die zweite und modernere Methode ist das XML Schema.

Struktur der XML Dokumente

Die Dokumenttyp Definition

Beispiel bestellung.dtd

Oder alternativ das XML Schema

Beispiel bestellung.xsd

Das XML Dokument mit den strukturierten Daten

Beispiel bestellung.xml

Das XML Dokument nutzt im Dokumentenkopf entweder das XML Schema oder den DTD. Die Elemente von XML werden auch Tags oder Nodes genannt.

Vorteile von XML

  • Als Konfigurationsdateien bleiben die Daten für den Menschen lesbar
  • Über Schnittstellen und Webservices wie SOAP  und REST lassen sich Daten systemübergreifend austauschen
  • Die Dateien lassen sich mit jedem Texteditor öffnen und bearbeiten
  • Mit Hilfe von CSS oder XSLT lassen sich die Daten transformieren und so unterschiedlich nutzen.