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Die Universelle Quanten Maschine ist der heilige Gral der Informatik. Die Betonung liegt auf „universell“. Wir können heute schon sogenannte adiabatische Quantencomputer mit 2000 Qubits bauen, wie die Firma D-Wave bewiesen hat. www.dwavesys.com/d-wave-two-system

Allerdings sind diese Quantencomputer auf die Lösung bestimmter Optimierungsprobleme beschränkt, wie z.B. das Problem des Handlungsreisenden, wo der kürzeste durchgängige Weg zwischen einer Anzahl von N Punkten gefunden werden soll.

NOVARION arbeitet daher an neuen Technologien, welche die Turing Maschinen durch Universelle Quanten Maschinen ersetzen sollen. Diese Technologien verwenden keine Halbleiter mehr um elektronische Schaltkreise zu miniaturisieren, sondern Supra- sowie Lichtleiter, also Materialien, welche mit den Elementarteilchen die die Informationen tragen, keinerlei Wechselwirkungen eingehen.

Solche Universellen Quanten Maschinen sollen in Zukunft nicht bloß in der Lage sein Quanten Algorithmen zu verarbeiten, sondern auch herkömmliche deterministische Algorithmen deutlich schneller auszuführen. Eine Gegenüberstellung der Leistungsfähigkeit der herkömmlichen Halbleitertechnologie zur gerade in Entwicklung befindlichen Quantentechnologie für das Jahr 2025 sieht in etwa wie folgt aus:

Halbleiter VS Supraleiter
Halbleiter vs. Supraleiter, Georg Gesek

Im Folgenden ist das theoretische Modell einer Universellen Quanten Maschine von Georg Gesek erläutert.

Universal Quantum Machine
Universelle Quanten Maschine, Georg Gesek

Die Universelle Quanten Maschine (UQM) arbeitet analog der Nicht-Deterministischen Turing Maschine (NDTM), da auch die UQM nicht bloß eindeutige Abbildungen von Eingabe- auf Ausgabemengen zulässt, sondern ebenso verzweigte Abbildungen, also Relationen. Aus einer einzigen Eingabemenge können daher unterschiedliche Ausgabemengen folgen, weshalb die Ausgabemenge nicht mehr eindeutig aufgrund einer bestimmten Eingabe vorhersehbar ist. Zwischen der Ein- & Ausgabe liegt ein Algorithmus, welcher daher sogenannte Quanten-Relationen beinhaltet.

Anders als bei der Turing-Maschine kann bei der Quanten-Maschine die Eingabe jedoch nicht direkt in das Quanten-Register (oberer Bereich in der Abbildung) erfolgen. Dies deshalb, da wir mit der Quanten-Maschine eine Wechselwirkung eingehen müssen um eine Eingabemenge in diese einzubringen. Im Quantenregister werden jedoch bloß Quantenzustände gespeichert, welch wir nicht auf direktem Wege einbringen können.

Daher verwendet die Quanten-Maschine das klassische Schreib-Lese-Band (unten in der Abbildung) nicht bloß für die Ausgabe des Rechenergebnisses sowie die Rückführung von gespeicherten Werten in das Register, wie bei der Turing-Maschine, sondern ebenfalls für die Aufnahme der Eingabemenge, also die Daten und das Programm. Um Quantenalgorithmen überhaupt durchführen zu können, müssen diese klassischen und daher deterministischen Datenreihen zunächst durch ein geeignetes physikalisches Verfahren („Imposement“, also Einbringung) auf Quantenzustände, sogenannte Qubits, übertragen werden. Diese Qubits werden auf einem eigenen Band (in der Abbildung das „QBIT-TIE“) zwischengespeichert. Damit werden aus klassischen Bits Qubits, welche vom Quanten-Register ausgelesen, geschrieben sowie verarbeitet werden können. Der Vorgang stellt sich hier analog zur Turing-Maschine dar, nur werden statt klassische Algorithmen, Quanten-Algorithmen und statt klassische Bits, Qubits verarbeitet. Im Quantenregister können einzelne Qubits verschränkt werden, sowie im Quanten-Speicherband auch überlagert (superpositioniert). Diese Funktionen sind einzig der UQM vorbehalten.

Um auf der Quanten-Maschine ein Rechenergebnis auszugeben, genügt es nun nicht bloß die Ausgabemenge vom Speicherband auszulesen, sondern es muss zuvor der inverse Prozess zum Imposement geschehen, nämlich eine Messung der Qubits (in der Abbildung durch die Messgerätesymbole dargestellt). Diese Messung enthält die stochastische Wirkung, dass aus den überlagerten Zuständen, welche in einem Qubit auftreten, entsprechend inhärenter Wahrscheinlichkeiten, welche sich wiederum aus dem zuvor ausgeführten Algorithmus ergeben, mehr oder weniger zufällige klassische Ausgabemengen, also Bits ergeben. Diese Ausgabe-Bits werden gleichermaßen wie bei der Turing-Maschine auf das klassische Speicherband geschrieben und stehen entweder als Ergebnis zur Verfügung, oder wiederum als klassischer Zwischenspeicher für den Algorithmus der Universellen Quanten Maschine. Man erkennt daher trivial, dass die UQM im Stande ist, sowohl klassische als auch Quanten- Algorithmen auszuführen und damit eine Turing Maschine vollständig emulieren kann. Tatsächlich verwenden die meisten Quanten-Algorithmen, wie z.B. jener von Shor, sowohl klassische als auch Quanten- Funktionen, welche abwechselnd hintereinander ausgeführt werden.

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