Analog vs. Digital vs. Etwas Anderes?

Die analoge Welt

Jeder Körper, ob tot oder lebendig, strahlt Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung aus. Das bedeutet, dass wir in einer analogen Welt leben. Hier können die Dinge nicht nur mit 0 und 1 gemessen werden, sondern mit der heuristischen Unendlichkeit der Reellen Zahlen dazwischen.

Wie kam es also dazu, dass wir versuchten, alles mit 0 und 1 zu beschreiben?

Analoge Computer wurden bis Ende der 60er Jahre verwendet, aber sie waren recht langsam, erforderten umfangreiche Kenntnisse der Mathematik, um zu funktionieren und hatten keine gute Fähigkeit Übertragungsfehler zu lösen. Wir brauchten einen besseren Weg, um mathematische Probleme schnell und genau zu lösen. Die Lösung war der digitale Binärcomputer. Den Grundstein für die digitale Revolution legte Gottfried Leibniz bereits 1703 als er das Buch „Erklärung der Binärarithmetik“ veröffentlichte. Er verwendete 0und 1 zur Beschreibung von Exponenten der Zahl 2.

Gottfried Leibniz – The first programmer  

The D1g1101 W0r1d

250 Jahre später begann auf diesen Grundlagen die digitale Revolution mit der Erfindung des Transistors. Einer der großen Schritte zur vollständigen Nutzung der digitalen Leistung war auch die Erfindung des Analog-Digital-Converter (ADC), der zur Umwandlung des zeit- und amplitudenkontinuierlichen Analogsignals in ein zeit- und amplitudendiskretes Digitalsignal verwendet wird. Aber wie kann ein völlig heuristisches, unendliches und unvorhersehbares analoges Signal in ein strenges digitales Signal umgewandelt werden? Die Umwandlung erfolgt in zwei Schritten:

1. Abtastung – beschreibt eine analoge Welle mit gerundeten kontinuierlichen Werten in einer diskreten Zeit

2.Quantisierung – übersetzt jeden Wert einer reellen Zahl mit dem Binärwort. Wie robust dieses digitale Signal sein wird, hängt von der Wortlänge ab (8-Bit, 16-Bit, 24-Bit…).

Betriebssysteme, Apps, digitale Audioaufzeichnung, autonomes System in einem Auto, Hollywood-„Filme“, die mit einer CMOS-Sensorkamera aufgenommen wurden – alles basiert auf denselben binären Prinzipien. Ein perfektes System, das so gut in der Fehlerbehebung ist, dass es niemals falsch sein kann. 1 UND 1 wird immer 1 sein und wenn das Signal mit dem Rauschen in der Übertragung kommt. Dies lässt sich leicht mit dem CRC-Code lösen – Abschied vom Ameisenkrieg während der Lieblings-TV-Sendung.

Aber digital ist bei weitem nicht perfekt. Nehmen Sie ein Beispiel mit Daten aus dem Jahr 2000 (das sich im Jahr 2038 wiederholt). Man hat hier einen Fehler gemacht, indem man einen Satz genommen hat, der zu klein ist, als dass die digitalen Werte so etwas wie Daten beschreiben könnten, die theoretisch bis ins Unendliche gehen können. Die Menge würde sich also irgendwann wiederholen. Wenn wir Systeme schaffen wollen, die in der Lage sind, etwas nahezu Unendliches zu simulieren, wie das Universum, und unterwegs etwas aus den Geheimnissen des Anfangs und des Endes enthüllen, müssen wir mehr als zwei Zustände verwenden, um etwas so Abstraktes für einen Computer zu beschreiben. Trotz dieser Probleme ist das Digitale immer noch das Beste, was wir im Moment haben und für unsere heutigen Bedürfnisse völlig ausreichend.

Etwas Anderes

Doch gut genug ist für den Menschen nie gut genug. Moore’s law versprach, die Anzahl der Transistoren im Mikroprozessor jedes Jahr zu verdoppeln. Aber das kann nicht lange so weitergehen, weil die Gate-Länge auf einem Mikroprozessor nicht kleiner als 7 nm sein kann. Es kommt vor, dass die Elektronen spontan anfangen zu entweichen.

Die Hersteller haben sich in den vergangenen Jahren damit befasst, indem sie Technologien für eine bessere Leitung und Isolierung erfanden und auch mehr Mikroprozessoren in einem Mehrkernprozessor zusammenbauen. Es gibt einige Wissenschaftler, die an anderen Formen von Transistoren, wie Molekular, DNA, oder Spintronic Transistoren arbeiten. Aber am Ende sieht die Quantentechnologie wie die endgültige Antwort auf unsere Bedürfnisse in einer langfristigen Zukunft aus. Statt 0 oder 1 Zustand in einem Bit haben wir hier zwei Zustände gleichzeitig innerhalb eines Obit. Das gibt uns die Rechenleistung eine Millionen Mal stärker, als die, die wir heute in Supercomputer haben.

Quantencomputer vs. Supercomputer

Es gibt viele Internet-Wissenschaftler, die behaupten, dass der Quantencomputer nie wirklich eingesetzt werden wird. Ich würde dem nicht zustimmen, nur weil das gleiche Muster der Lösung physikalischer Probleme seit 5000 Jahren besteht. Seit dem Erscheinen der ersten (Astro-)Physiker. Wir müssen nur klug genug sein, um selbst zu überleben. Am 23. Oktober bestätigte Google die Quantenvorherrschaft. „Google behauptet, die Quantenherrschaft mit einem Array von 54 Qbits erreicht zu haben, von denen 53 funktionsfähig waren, mit denen eine Reihe von Operationen in 200 Sekunden durchgeführt werden konnten. Ein Supercomputer würde dafür etwa 10.000 Jahre benötigen“. IBM argumentierte dies und sagte, dass Googles Behauptung „mit einer großen Dosis Skepsis“ aufgenommen werden sollte, so dass die neuesten Berechnungen zeigen, dass der beste Supercomputer der Welt 2,5 Tage braucht, um die gleiche Aufgabe wie der Quantencomputer zu erledigen. Das ist immer noch unglaublich schnell.

Obwohl hier nicht die Zeit im Vordergrund stehen sollte, sondern die reine Möglichkeit, die gleiche Aufgabe wie der beste Supercomputer mit völlig anderer Technologie zu erledigen. Allerdings befindet sich das Quanten-Computing noch in seinen frühesten Phasen. Außerdem braucht es noch einige Zeit, bis der Mensch lernt, in einem viel größeren Maßstab zu denken, während er mit den subatomaren Teilchen arbeitet.

Fazit

Ist die Digitalisierung so gut, wie wir dachten, oder sollten wir uns mehr auf die analoge Welt konzentrieren? Die Antwort ist ja. Die Digitalisierung ist gut, weil sie nicht zuletzt bedeutet, dass man vorankommt, die Prozesse beschleunigt und den Papierkram drastisch reduziert. Aber es scheint auch, dass wir einen Blick zurück auf die analoge Welt werfen und anfangen müssen, analoge Probleme zu lösen. Analoge Probleme tauchen wieder auf, aber diesmal im Bereich der Quantenphysik.

Ich bin ein großer Fan der Spitzentechnologie, aber auch ein großer Nostalgiker. Ich benutze die DSLR-Kamera, aber die frisch entwickelte Filmrolle zum ersten Mal zu sehen, ist ein so beeindruckendes Erlebnis. So kann man weiterhin analog fotografieren. Diese ganze Erfahrung ist etwas, das über die mathematischen Gleichungen hinausgeht. Dasselbe gilt für die Musik auf Vinyl. Natürlich ist es nicht die Debatte, dass die Digitaltechnik so viel mehr Vorteile gegenüber der Analogtechnik hat. Wir müssen also vorankommen. Aber wir müssen auch von den Technologien lernen, die so authentisch waren, um alle Revolutionen zu überleben und sie durch die neuen Zeitalter hindurch am Leben zu erhalten.