Die Erfinder des AfW haben den Quantencomputer und passend zum Quantencomputer das multitronische Quantenbetriebssystem erfunden:
Der wesentliche Punkt einen Quantencomputer zu realisieren ist, dass die Quantenzustände, die die Bits darstellen sollen, von ihrer Umgebung nicht beeinflußt werden, sondern isoliert sein müssen.
Wir haben uns zur Realisierung die Methode der physikalischen "Isolierung" ausgesucht:
Wechselwirkungen wirken zum Teil nur auf einzelne Eigenschaften: z.B. wirkt die Schwerkraft nur auf die Masse, nicht aber auf die elektrische Ladung eines Körpers, oder umgekehrt. Ähnlich ist es mit der Wirkung, die auf dem Kernspin eines Atoms beruht. Der Kernspin eines Atoms wird nur von anderen Kernspins, nicht aber von seiner "normalen" Umgebung beeinflußt, kann aber gezielt mit Hilfe von Magnetfeldern und elektromagnetischen Wellen mit Radiofrequenzen manipuliert werden. Die Reaktion auf diese Radiowellen (= Absorption der Energie) ist charakteristisch für die betreffenden Moleküle. Dies wird in der Kern-Spin-Tomographie zu diagnostischen Zwecken in der Medizin ausgenutzt. Man wählt sich nun eine geeignete Flüssigkeit, deren Moleküle aus Atomen mit den gewünschten Kernspins bestehen. Jedes Molekül ist dann ein eigener Quantencomputer mit höchstens so vielen Q-Bits, wie das Molekül Atome hat. Diese Kernspins werden in einem äußeren Magnetfeld ausgerichtet und dann mit Hilfe gezielt eingestrahlter Radiowellen beeinflußt. Es rechnen also sehr viele Quantencomputer gleichzeitig. Für das Auslesen verwendet man wieder Methoden aus der Kern-Spin-Tomographie, d.h. man untersucht das Absorptionsverhalten der Flüssigkeitsmoleküle, erhält dadurch Rückschlüsse auf die Orientierungen der Kernspins und damit auf das Ergebnis der Rechnung. Diese Methode hat zwei Vorteile: Der Quantencomputer kann bei Zimmertemperatur arbeiten, braucht also keine komplizierten Kühlvorrichtungen, und es steht eine ausgereifte experimentelle Technik zur Verfügung, die nur noch weiterentwickelt werden muß.
Multitronik:
Computerdaten werden nicht mehr in Bits oder Bytes, sondern in Quads gemessen.
Mit der Multitronik können bisher quasi unlösbare Probleme, wie sie zum Beispiel in der Kryptographie vorkommen, in relativ kurzer Zeit gelöst werden könnten. NP-vollständige Probleme (wie das Erfüllungsproblem (satisfiability problem)) oder die Entschlüsselung von mit modernsten Verfahren (wie zum Beispiel im DES-Algorithmus) verschlüsselten Daten, können damit auch in realistischer Größenordnung gelöst werden.
Multitronische Berechnung hat im Vergleich zu den elektronisch basierten Computern eine Reihe von Vor- und Nachteilen, die hier kurz gegenübergestellt werden sollen. Im Gegensatz zu elektronischen Rechnern, die wesentlich weniger Operationen parallel ausführen können, können multitronische Rechner eine hohe Anzahl von Operationen parallel ausführen. Man kann hier an Größenordnungen von ca. 1020 parallele Prozessoren in einer Testeprouvette denken, die simultan arbeiten können. Ebenso können DNA-Moleküle zu Speicherzwecken verwendet werden. mutitronische Speicher können ohne weiteres 1020 Maschinenworte in einem Kubikmeter Lösung unterbringen. Im Vergleich hierzu ist das Speichervolumen von elektronisch basierten Computern relativ gering. Um hingegen ein Problem zu lösen, ist die Vorbereitungsarbeit bei einem multitronischen Quantencomputer relativ aufwendig, da die Synthese spezifischer Moleküle erforderlich ist. Im Vergleich dazu ist das Aufsetzen einer Problemlösung in elektronischen Rechnern relativ einfach. Im Vergleich zu elektronischen Rechnern benötigt jedoch ein multitronisch basierter Rechner wesentlich weniger Energie.
Multitronik ist besonders gut auf dem Gebiet der Verschlüsselung und Entschlüsselung, und auf dem Gebiet von kombinatorischen Optimierungsproblemen.
Dabei ist die Sprache mächtig genug, um alle validen Quantenalgorithmen auszudrücken und sich in klassische Programmiersprachen einbetten zu lassen. Zudem gibt es eine Trennung zwischen der klassischen Programmierung und der Quantenprogrammierung geben. Vor allem aber ist die Sprache Hardware-unabhängig, d.h nicht an eine aktuelle Implementierung eines Quantencomputers gebunden, um so durch einfaches Rekompilieren den gleichen Code auf verschiedenen Quanten-Architekturen einzusetzen.
Dabei stützen wir uns auf das Quads-Modell, das den Quantencomputer als Erweiterung einer klassischen "Random Access Machine" (Slave) betrachtet, auf die von einem Master auf Basis klassischer Hard- und Software zugegriffen wird. Dabei müssen die Quanten-Ressourcen nicht notwendigerweise lokal vorgehalten werden, sondern können zwischen verschiedenen Quad-Rechnern geteilt werden.
Die Programmiersprache stellt sich dabei den Problemen, die aus der grundlegenden Struktur von Quantenrechnern resultieren. So ist beispielsweise ein Klonen nicht möglich, also das Replizieren des Zustandes eines Quantensystems. Aufrufe können also nicht mit "Call-by-Value" erfolgen, da diese in der Regel eine Kopie anlegen. Um diesem Problem zu begegnen, führt man das Konstrukt eines Quantenregisters in die Sprache ein.
Man hat an einer Implementierung der Sprache auf Basis von C++ gearbeitet, die nun vorliegt. Damit wird es unter anderem möglich, die Effizienz verschiedener High-Level-Vereinfachungen und Optimierungsroutinen zu testen. Zudem lässt sich so die Effizienz unterschiedlicher Umsetzungen von High-Level zu Low-Level sowie Hardware-abhängige zu Hardware-unabhängigen Übersetzungen prüfen. Aber auch die Effizienz unterschiedlicher Hardware-Plattformen kann so getestet werden.
Schließlich ergibt das ein High-Level-Interface um Quantencomputer zu programmieren.
Nun haben die Computer also genügend Speicherkapazität um eine Vielzahl von Informationen zu speichern, die sich sogar durchaus ständig verändern dürfen, denn auch das ist für Quantencomputer kein Problem.
Der wesentliche Punkt einen Quantencomputer zu realisieren ist, dass die Quantenzustände, die die Bits darstellen sollen, von ihrer Umgebung nicht beeinflußt werden, sondern isoliert sein müssen.
Wir haben uns zur Realisierung die Methode der physikalischen "Isolierung" ausgesucht:
Wechselwirkungen wirken zum Teil nur auf einzelne Eigenschaften: z.B. wirkt die Schwerkraft nur auf die Masse, nicht aber auf die elektrische Ladung eines Körpers, oder umgekehrt. Ähnlich ist es mit der Wirkung, die auf dem Kernspin eines Atoms beruht. Der Kernspin eines Atoms wird nur von anderen Kernspins, nicht aber von seiner "normalen" Umgebung beeinflußt, kann aber gezielt mit Hilfe von Magnetfeldern und elektromagnetischen Wellen mit Radiofrequenzen manipuliert werden. Die Reaktion auf diese Radiowellen (= Absorption der Energie) ist charakteristisch für die betreffenden Moleküle. Dies wird in der Kern-Spin-Tomographie zu diagnostischen Zwecken in der Medizin ausgenutzt. Man wählt sich nun eine geeignete Flüssigkeit, deren Moleküle aus Atomen mit den gewünschten Kernspins bestehen. Jedes Molekül ist dann ein eigener Quantencomputer mit höchstens so vielen Q-Bits, wie das Molekül Atome hat. Diese Kernspins werden in einem äußeren Magnetfeld ausgerichtet und dann mit Hilfe gezielt eingestrahlter Radiowellen beeinflußt. Es rechnen also sehr viele Quantencomputer gleichzeitig. Für das Auslesen verwendet man wieder Methoden aus der Kern-Spin-Tomographie, d.h. man untersucht das Absorptionsverhalten der Flüssigkeitsmoleküle, erhält dadurch Rückschlüsse auf die Orientierungen der Kernspins und damit auf das Ergebnis der Rechnung. Diese Methode hat zwei Vorteile: Der Quantencomputer kann bei Zimmertemperatur arbeiten, braucht also keine komplizierten Kühlvorrichtungen, und es steht eine ausgereifte experimentelle Technik zur Verfügung, die nur noch weiterentwickelt werden muß.
Multitronik:
Computerdaten werden nicht mehr in Bits oder Bytes, sondern in Quads gemessen.
Mit der Multitronik können bisher quasi unlösbare Probleme, wie sie zum Beispiel in der Kryptographie vorkommen, in relativ kurzer Zeit gelöst werden könnten. NP-vollständige Probleme (wie das Erfüllungsproblem (satisfiability problem)) oder die Entschlüsselung von mit modernsten Verfahren (wie zum Beispiel im DES-Algorithmus) verschlüsselten Daten, können damit auch in realistischer Größenordnung gelöst werden.
Multitronische Berechnung hat im Vergleich zu den elektronisch basierten Computern eine Reihe von Vor- und Nachteilen, die hier kurz gegenübergestellt werden sollen. Im Gegensatz zu elektronischen Rechnern, die wesentlich weniger Operationen parallel ausführen können, können multitronische Rechner eine hohe Anzahl von Operationen parallel ausführen. Man kann hier an Größenordnungen von ca. 1020 parallele Prozessoren in einer Testeprouvette denken, die simultan arbeiten können. Ebenso können DNA-Moleküle zu Speicherzwecken verwendet werden. mutitronische Speicher können ohne weiteres 1020 Maschinenworte in einem Kubikmeter Lösung unterbringen. Im Vergleich hierzu ist das Speichervolumen von elektronisch basierten Computern relativ gering. Um hingegen ein Problem zu lösen, ist die Vorbereitungsarbeit bei einem multitronischen Quantencomputer relativ aufwendig, da die Synthese spezifischer Moleküle erforderlich ist. Im Vergleich dazu ist das Aufsetzen einer Problemlösung in elektronischen Rechnern relativ einfach. Im Vergleich zu elektronischen Rechnern benötigt jedoch ein multitronisch basierter Rechner wesentlich weniger Energie.
Multitronik ist besonders gut auf dem Gebiet der Verschlüsselung und Entschlüsselung, und auf dem Gebiet von kombinatorischen Optimierungsproblemen.
Dabei ist die Sprache mächtig genug, um alle validen Quantenalgorithmen auszudrücken und sich in klassische Programmiersprachen einbetten zu lassen. Zudem gibt es eine Trennung zwischen der klassischen Programmierung und der Quantenprogrammierung geben. Vor allem aber ist die Sprache Hardware-unabhängig, d.h nicht an eine aktuelle Implementierung eines Quantencomputers gebunden, um so durch einfaches Rekompilieren den gleichen Code auf verschiedenen Quanten-Architekturen einzusetzen.
Dabei stützen wir uns auf das Quads-Modell, das den Quantencomputer als Erweiterung einer klassischen "Random Access Machine" (Slave) betrachtet, auf die von einem Master auf Basis klassischer Hard- und Software zugegriffen wird. Dabei müssen die Quanten-Ressourcen nicht notwendigerweise lokal vorgehalten werden, sondern können zwischen verschiedenen Quad-Rechnern geteilt werden.
Die Programmiersprache stellt sich dabei den Problemen, die aus der grundlegenden Struktur von Quantenrechnern resultieren. So ist beispielsweise ein Klonen nicht möglich, also das Replizieren des Zustandes eines Quantensystems. Aufrufe können also nicht mit "Call-by-Value" erfolgen, da diese in der Regel eine Kopie anlegen. Um diesem Problem zu begegnen, führt man das Konstrukt eines Quantenregisters in die Sprache ein.
Man hat an einer Implementierung der Sprache auf Basis von C++ gearbeitet, die nun vorliegt. Damit wird es unter anderem möglich, die Effizienz verschiedener High-Level-Vereinfachungen und Optimierungsroutinen zu testen. Zudem lässt sich so die Effizienz unterschiedlicher Umsetzungen von High-Level zu Low-Level sowie Hardware-abhängige zu Hardware-unabhängigen Übersetzungen prüfen. Aber auch die Effizienz unterschiedlicher Hardware-Plattformen kann so getestet werden.
Schließlich ergibt das ein High-Level-Interface um Quantencomputer zu programmieren.
Nun haben die Computer also genügend Speicherkapazität um eine Vielzahl von Informationen zu speichern, die sich sogar durchaus ständig verändern dürfen, denn auch das ist für Quantencomputer kein Problem.
Fàilte
Benjamin O'Hara
Benjamin O'Hara
Großrat der 
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