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Das Zeitalter des Quantencomputers und Smart Cities

Das Zeitalter des Quantencomputers und Smart Cities

Nehmen Sie sich einen Moment Zeit und denken Sie nach. Die großartigsten technologischen Anwendungen wurden auf einem – wie ich es nenne – “unkonventionellen” Weg geschaffen, eine Ode an die Originalität und Kreativität.

Wenn wir uns Produkte wie Nanosensoren ansehen, die bereits existierende Geräte innovieren, oder sogar die Elektronenmikroskopie, die mit Hilfe der Quantentheorie/mechanik entwickelt wurde, wird uns klar, dass jede Technologie auf einem einzigen, sehr vertrauten Konzept aufbaut, nämlich der Tatsache, dass wir etwas aus dem Nichts erschaffen können, die größten Erfindungen, die die Menschheit kennt, aus dem Nichts.

Stellen Sie sich vor, Sie treten in eine Welt ein, in der Berechnungen viel schneller durchgeführt werden oder in der Funktionen der Quantencomputertechnologie auf intelligente Geräte angewendet werden können. Das scheint unvermeidlich, nicht wahr? Sehen Sie, unsere menschliche Rasse hat sich genau an diese Technik der Kombination technologischer Identitäten angepasst, da sie zu einer eigenen Identität führt. Es ist unvorstellbar, dass wir uns einst ein Leben ohne die Verwendung von Quantenbits oder intelligenten Geräten vorstellen konnten, und so fühlen wir uns jetzt sicher, wenn wir diese Technologien miteinander verschmelzen und sie als ein Produkt unserer Zeit, als ein Ergebnis futuristischer Innovation bezeichnen.

Ich bin der Meinung, dass wir unseren Fortschritt nicht aufgeben sollten, nachdem wir eine bestimmte Theorie oder technologische Figur entdeckt haben, sondern stattdessen daran arbeiten sollten, diese technologische Anwendung mit anderen umfassenden Innovationen zu verbinden. Dieser Artikel ist eine reine Darstellung der Verschmelzung zweier innovativer Bereiche, die den Technologiemarkt dominieren: die Ära der intelligenten Technologie und des Quantencomputers, Bereiche der Technologie, die nichts anderes als das Ergebnis unsterblicher Innovation sind.

Bevor wir uns mit den Anwendungen und Auswirkungen dieser beiden fusionierenden Bereiche befassen, sollten wir sie auch als separate Einheiten verstehen.

Intelligente Technologie – eine Welt, die auf Personifizierung beruht

Schauen Sie sich um. Überall, wo Sie hinkommen, finden Sie ein Gerät, eine Vorrichtung, die auf der Grundlage einer “selbstbasierten Analyse” konstruiert wurde. Tatsächlich leitet sich der Begriff “SMART” von der Abkürzung “Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology” ab. Mit anderen Worten: Wir haben die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass unbelebte Gegenstände nun menschliche Eigenschaften annehmen und sogar die Fähigkeit besitzen, unser Verhalten zu steuern, daher der Begriff “Personifizierung”.

Diese Art von Technologie hat ständig das integriert, was man als die “Faulheit” des menschlichen Zeitalters bezeichnen kann, wenn etwas wie das Drücken eines Knopfes zu einer Aufgabe wird, wenn intelligente Geräte vorhanden sind. Es gibt viele verschiedene Arten von Technologie, die die Konzepte hinter “intelligenter” Innovation und künstlicher Intelligenz widerspiegeln.

Intelligente Geräte

Es ist gut möglich, dass Sie bereits ein intelligentes Gerät in Ihrem Haus haben. Wenn Sie einige der bekanntesten intelligenten Technologien wie Amazons Alexa, den intelligenten Lautsprecher Google Home oder sogar ein intelligentes Thermostat besitzen, haben Sie automatisch eine Beziehung zu einer Welt des Komforts.

Intelligente Geräte sollen ein gewisses Maß an Autonomie bieten und können für verschiedene Zwecke programmiert werden, wie z. B. intuitive Schnittstellen (ein System, das durch die Erwartungen des Benutzers, der das Gerät steuert, funktioniert, wie z. B. eine Fernbedienung) in Kombination mit Computerkonzepten, Systemen, die zur Stromversorgung dieser interaktiven Geräte beitragen.

Während die physische Flexibilität der intelligenten Geräte sehr viel eingeschränkter ist, ist die Effizienz und Produktivität, die diese Geräte bieten, unvergleichbar mit den normalen Gadgets, die diese Geräte einst waren. In der Vergangenheit mussten diese Geräte nicht an ein bestimmtes Netzwerk angeschlossen werden, um interaktiv arbeiten zu können, aber aufgrund der Menge an Geräten, die jetzt an lokale Netzwerke angeschlossen sind, verschwinden die Grenzen zwischen angeschlossenen Geräten und intelligenten Geräten immer mehr.

Das Potenzial – Quantenchemie und Quantenphysik

Eine der wichtigsten Anwendungen des Quantencomputings leitet sich von den Theorien der Quantenchemie ab. Daher ist die Quantenchemie ein Zweig der Chemie und der Quantencomputersprachen, der sich auf die Anwendung der Quantenmechanik auf physikalische Modelle und chemische Systeme konzentriert.

Diese einzigartige Art der computergestützten Chemie wird eingesetzt, um die grundlegenden Eigenschaften subatomarer Teilchen und die Konfiguration von Atomen zu erforschen, ein Beispiel, das wir bereits bei der Berechnung von Koffeinmolekülen betrachtet haben. Die Quantenchemie untersucht eine Vielzahl chemischer Reaktionen mit Hilfe der Quantenmechanik und der Thermodynamik, die mathematische Statistiken, komplexe Algorithmen zur Modellierung von Experimenten und chemische Theorien kombiniert.

Darüber hinaus gehen die Eigenschaften der Quantenmechanik und -physik Hand in Hand mit chemischen Modellen, die durch diese Art der computergestützten Chemie erprobt werden. Die Quantenmechanik ist ein Schlüsselfaktor der in der Quantenphysik untersuchten Theorien, die die Struktur und die Natur der Energie in subatomaren Teilchen auf einer infinitesimalen Skala beschreibt, ähnlich wie die Nanotechnologie (wenn Sie mehr über die Nanotechnologie-Revolution erfahren möchten, können Sie meinen Artikel über Nanotechnologie lesen).

Zu den Anwendungen der Quantentheorie gehören Transistoren und elektrische Komponenten von Mikroprozessoren, Quantenoptik, Magnetresonanztomographie, LEDs und supraleitende Magnete, um nur einige zu nennen.
Das Potenzial – Quantencomputing in der Medizin

Eine der größten Herausforderungen, die heute die Integrität des medizinischen Systems bedrohen, besteht in der sicheren Verabreichung von Medikamenten an die Bevölkerung, wobei jeder Mensch eine andere chemische Zusammensetzung hat, was es nahezu unmöglich macht zu verstehen, wie jedes Medikament mit der individuellen inneren Struktur eines jeden Menschen reagieren würde. Standardcomputer sind nicht leistungsfähig genug, um die verschiedenen Wechselwirkungen von Medikamenten mit Lebensmitteln und Ernährung sowie ihre Rolle im menschlichen Körper zu testen.

Es gibt mehrere Initiativen, bei denen Computer eingesetzt werden, um therapeutische Optionen und chemische Arzneimittel auf der Grundlage des individuellen Genotyps (genetische Struktur) und Phänotyps (Merkmale, die auf den Reaktionen auf den Genotyp einer Person beruhen) zu entwickeln. Daher ist es für die Arzneimittelentwicklung/Pharmaindustrie eine Bedrohung, wenn sie über eindeutige und aktuelle Vorhersagen über die Toxizität von Arzneimitteln und ihre Reaktionen in den Körpersystemen verfügt. An dieser Stelle kommt das Quantencomputing ins Spiel.

Diese Computer sind in der Lage, zahlreiche Stimuli für die Prüfung von Arzneimitteln und deren Reaktion auf den Genotyp und den Phänotyp einer Person in verschiedenen Umgebungen zu verarbeiten, mit dem Ziel, lebensbedrohliche Krankheiten zu heilen. Durch den Einsatz verschiedener Modelle und der Quantentechnologie sind wir in der Lage, die Reaktionen von Phänotyp und Genotyp in geeigneter Weise abzubilden.

Auf diese Weise können wir die Phänomene des maschinellen Lernens und des Quantencomputings kombinieren, um präzise Kombinationen bestimmter Medikamente zu erstellen, die auf die individuellen Bedürfnisse einer Person abgestimmt sind, und so das Zeitalter der maßgeschneiderten medizinischen Vorteile vorantreiben.

Auch wenn die Erwartungen an das Quantencomputing nicht genau mit der Realität der heutigen Rechenleistung übereinstimmen, ist es doch interessant zu sehen, wie sich diese Technologie auf komplexe Simulationen auswirkt und in der Arzneimittelforschung und der Pharmaindustrie eingesetzt wird. Ich habe vor, das gesamte stimulierende Potenzial und die Auswirkungen der Quantentechnologie und der spezialisierten Medizin in einem separaten Artikel zu erforschen, aber hier ist eine Zusammenfassung der aktuellen Fortschritte, die in der heutigen Generation angestoßen werden.
Wie werden Quantenanwendungen für die intelligente Technologie nützlich sein?

Nachdem wir nun ein besseres Verständnis von intelligenten Geräten und Quantentechnologie gewonnen haben, indem wir sie separat analysiert haben, lassen Sie uns dieses Wissen anwenden und die Grenzen zwischen diesen beiden Revolutionen zusammenführen.

Quantentechnologie und die Zukunft des IoT:

Mit dem massiven Wachstum der Industrietechnologie und der kontinuierlichen Entwicklung von IoT-Plattformen im Netzwerk intelligenter Geräte werden jeden Tag exponentielle Datenmengen von und zu verschiedenen Geräten übertragen. Der Nachrichtendienst Business Insider sagte sogar voraus, dass “bis 2023 Verbraucher, Unternehmen und Regierungen weltweit 40 Milliarden IoT-Geräte installieren werden.”

Eine große Anzahl von Geräten, die Daten übertragen, bedeutet auch, dass jede Minute eine große Menge an Informationen verfolgt, erzeugt und transportiert wird. Infolgedessen wird sich die Sicherheit aufgrund der Bedrohung durch Cyberangriffe und der zunehmenden Zahl von Geräten, die über das Internet verbunden sind, mit der Weiterentwicklung der Technologie weiterentwickeln.

Es wird ein starkes Computernetzwerk benötigt, um größere Datenmengen und -sätze zu verarbeiten und gleichzeitig die Kluft zwischen Problemen mit der Cybersicherheit und der Privatsphäre von Online-Informationen zu überbrücken. Dies ist eine unglaubliche Funktion von Quantencomputern und der Ausgangspunkt für diese Art von Technologie. Daher verwenden Quantencomputer bei der Durchführung dieser Berechnungen so genannte Qubits (Quantenbits). Diese Qubits haben ähnliche Eigenschaften wie binäre Bits, allerdings können die Quantenbits statt nur zwei möglichen Zuständen der Binärsprache (1 und 0) eine Vielzahl von Zuständen gleichzeitig einnehmen.
Aufgrund der durch das Quantencomputerphänomen bedingten Prinzipien wie Superposition (eine Quantentheorie, die mehrere Zustände zulässt und die durch die Binärsprache bedingten Beschränkungen aufhebt) und Verschränkung (ein Phänomen, das auftritt, wenn Gruppen von Teilchen erzeugt werden, die durch dieselben Aktionen verbunden bleiben, obwohl sie durch größere Entfernungen getrennt sind) können Quantencomputer Operationen und Berechnungen viel effizienter durchführen als normale Computer.

Wie kann die Quantentechnologie Probleme im Zusammenhang mit dem Internet der Dinge lösen?

Quantencomputer und ihre Rechenfähigkeiten können dazu beitragen, viele Probleme zu lösen, die den Ausbau von IoT-Systemen betreffen.

Ein effizienter Optimierungsprozess

Wie bereits erwähnt, bergen IoT-Geräte ein großes Potenzial, wenn es um intelligente Stadtsysteme wie den Verkehrsfluss, Gebäude und Versorgungseinrichtungen geht. Sicherzustellen, dass all diese Systeme innerhalb der Stadt reibungslos funktionieren, wäre ein ineffizienter Prozess, da er langwierig, mühsam und praktisch nutzlos wäre.

Um den Validierungsprozess von Smart-City-Geräten zu unterstützen, kann Quantencomputing die Überprüfung dieser Geräte in der Stadt beschleunigen und gleichzeitig eine Optimierung aller Systeme ermöglichen, da diese Computer große Datenmengen und den Transport von Informationen über verschiedene Netzwerke hinweg verwalten können.

Erhöhte Rechenleistung

Wie bereits erläutert, gewinnen Quantencomputer durch die Verwendung von Qubits, die mehrere Quantenzustände repräsentieren, eine enorme Rechenleistung und eine exponentielle Steigerung der Geschwindigkeit. Wie Scott Amyx, IBM IoT Futurist, einmal erklärte: “Auf der Quantenebene könnten Atome so programmiert werden, dass sie alle möglichen Eingabekombinationen auf einmal darstellen und somit alle Kombinationen gleichzeitig testen.”

Das bedeutet, dass durch die Verwendung von Bits und Funktionen der quantenbasierten Technologie eine dynamische Plattform für diese Bits und Atome erzeugt wird, die alle möglichen Quantenzustände repräsentiert und gleichzeitig diese Kombinationen testet. Die IoT-Industrie ist stark auf dieses optimale System angewiesen, da große Datenmengen komplexe Berechnungen erfordern, die nur Quantencomputer durchführen können.

Eine sichere Plattform für Kommunikation und Cybersecurity

Da IoT-Geräte vertrauliche Informationen und sensible Datensätze enthalten, müssen sie durch eine angemessene Authentifizierung und Integrität der Nutzer gesichert werden. Aufgrund ihrer begrenzten Rechenleistung können Maßnahmen zur Sicherheit und zur Durchsetzung des Datenschutzes nicht auf diese Technologien angewendet werden.

Wir können Theorien und Prinzipien aus der Quantenmechanik nutzen, um dieses Dilemma zu lösen, da eine sichere Kommunikation durch Quantenkryptographie initiiert werden kann (ein Bereich der Quantenmechanik, der Algorithmen verwendet, die eine erhöhte Rechenleistung erfordern, um Daten zu verschlüsseln und die Informationen auf bestimmte Weise zu übertragen, damit sie nicht gehackt werden können). Die komplexe Struktur dieser Computer und der Kryptografie dient als Schutz vor Hackern und schützt die Integrität der Daten durch die Verteilung von Quantenschlüsseln.

Die Rolle der Quantentechnologie in Smart Cities

Viele beschreiben Smart Cities als etwas Visionäres, als eine Möglichkeit, bereits bestehende Gebiete und Regionen weltweit zu erneuern. Allerdings würde die alleinige Nutzung intelligenter Geräte und Systeme nicht die exponentiellen Auswirkungen haben und die Beziehung zwischen Technologie und Mensch optimieren.

Wenn also das Quantencomputing in der Lage ist, den Austausch umfangreicher Datensysteme zu verwalten und das medizinische System durch Innovationen auf der Grundlage der Arzneimittelentdeckung zu verändern, hat es dann nicht auch die Kraft, die Entwicklung intelligenter Städte zu fördern? Ja, das tut es, zu 100 %. Tatsächlich glauben viele, dass Quantencomputer andere technologische Produkte vor allem offline revolutionieren werden.

Das bedeutet, dass mehrere Interessengruppen diese Berechnungsfähigkeiten zu ihrem Vorteil nutzen werden, indem sie Smart-City-Systeme koordinieren. Ein perfektes Beispiel für den Einsatz der Quantentechnologie zur Validierung intelligenter Technologiesysteme in der Stadt ist der Einsatz dieser Computer zur Steuerung des Verkehrsflusses und zur Verringerung von Staus, insbesondere in einer Zeit, in der autonome Fahrzeuge unsere neue Realität sind. Verschiedene Städte auf der ganzen Welt suchen nach einem Anreiz für den Einsatz eines Quantencomputers, der den stadtweiten Verkehrsfluss und Staus auf den Straßen kontrolliert.

Jetzt, wo wir über die Möglichkeit der Kombination dieser verschiedenen innovativen Technologien diskutieren, könnten die Funktionen intelligenter Geräte zum Tragen kommen, da ein Quantencomputersystem in Verbindung mit den Eigenschaften intelligenter Technologien den Fahrern möglicherweise verschiedene Vorschläge oder Vorhersagen für Routen unterbreiten könnte, die ihre Fahrzeit verkürzen.

Eine weitere Anwendung des Quantencomputers in technologisch fortgeschrittenen Städten ist die Wettervorhersage, die sich indirekt auf die Lebensmittelproduktion, den Transport und den Einzelhandel auswirken kann. Die Fähigkeit zur Vorhersage von Wettermustern stellt für Wissenschaftler eine große Herausforderung dar, da viele Variablen und Gleichungen zum Tragen kommen. Die komplexen und langwierigen Gleichungen, die diese Wettervorhersagen steuern, sind mit den Lösungen kompatibel, die ein Quantencomputer hervorbringt.

Neben der Wettervorhersage kann die Quantentechnologie auch vielversprechend sein, wenn es darum geht, Klimamodelle zu erstellen, die einen aufschlussreichen Einblick in die Beziehung zwischen uns Menschen und der Umwelt (globale Erwärmung, Treibhausgase) geben können. Letztendlich können wir diese Modelle nutzen, um Umweltkatastrophen weitgehend zu verhindern und vorherzusagen, während wir gleichzeitig Maßnahmen ergreifen können, um sie zu verhindern.

Ich persönlich habe viele bekannte Themen erforscht, von der Biotechnologie bis hin zu einigen der kompliziertesten und komplexesten technischen Systeme, die der Menschheit bekannt sind. Es gibt nur eine Gemeinsamkeit, die ich bei all diesen Themen gefunden habe: den Wert der Nutzung dieser bestehenden Technologien zur Lösung einiger der dringendsten Probleme der Welt.

Das Wachsen dieser technologischen Identitäten sollte nicht nach der Erklärung ihrer Vorteile aufhören, sondern es sollte detailliert dargelegt werden, wie diese Innovationen in Kombination für die sich entwickelnden Anforderungen der Menschen eintreten und uns mit einer neuen Lebensweise verbinden können, einer, in der unser Potenzial, Lösungen für unseren Planeten zu schaffen, zu einer neuen Realität wird.

Quelle und übersetzt von: Medium

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