Die Basis des Dualsystems oder Binärsystems, also die Zahl 2 des Zehnersystems, wird nur aus den Ziffern 1 und 0 gebildet. Will man die Zahl 37 des Dezimalsystems als Dualzahl darstellen so kann man die Zahl 37 als Summenfolge  von einer Zweierpotenzreihe angeben. 37 = 1 x 2^5 + 0 x 2^4 + 0 x 2^3 + 1 x 2^2 + 0 x 2^1 + 1 x 2^0 = 100101. Die Summenfolge ergibt die Zahl im Dezimalsystem (37). Die einzelnen Stellen in der Dualzahl werden mit der  entsprechenden Zweierpotenz multipliziert. Schreibt man die Dualzahl aus, kann man die Zweierpotenzen weglassen. Die einzelnen Stellen im Dualsystem ergeben nebeneinander geschrieben dann die Ziffern der Dualzahl (100101).  In der Binärarithmetik wird die Addition mit dieser Rechenvorschrift durchgeführt: 0 + 0 = 0; 1 + 0 = 1; 0 + 1 = 1; 1 + 1 = 10 (Null hinschreiben, 1 im Übertrag zur nächst höheren Stelle). Das duale Zahlensystem gilt als das wichtigste Zahlensystem  in der Informatik, weil alle Daten und Befehle in der digitalen Computertechnik als Binärzahlen dargestellt werden. Ein einzelnes Binärzeichen (Bit) in Computern kennt nur zwei Zustände 0 oder 1; technisch die Höhe der anliegenden  Spannung, auch als Pegelzustände Low und High bezeichnet. Werden 8 Bit zusammengefasst, erhält man 1 Byte. Ein ASCII-Zeichen wird durch ein Byte dargestellt. Mit einem Byte kann man 2 ^ 8, also 256 Zustände darstellen.                                               

Robotik ist die wissenschaftliche Disziplin von der Entwicklung und Steuerung von Industrie-, Service- und Unterhaltungsrobotern.  Die Robotik ist eng verbunden mit der Informatik, der Forschung im Bereich der künstlichen Intelligenz sowie der Konstruktions- und Verfahrenstechnik.  In der Robotik-Branche gilt Japan gegenwärtig als führend. So konstruiert der Elektronik-Konzern Sony im Jahre 2003 den weltweit ersten humanoiden Roboter, der rennen kann.  Bislang haben Firmen wie Sony, Hitachi und Honda humanoide Roboter entwickelt, die vor allem der Unterhaltung dienen, - wie z. B.: Sony's populären Roboterhund AIBO.  Bis zum nächsten Schritt, ein Roboter mit künstlicher Intelligenz und Gefühlen, müssen wir uns alle noch gedulden oder mit "Data" aus Star Trek vorlieb nehmen :-)                                                 

Mit Hilfe der Künstlichen Intelligenz (KI) sollen Maschinen in die Lage versetzt werden, möglichst weitgehend eigenständige Entscheidungen zu treffen und Handlungen vorzunehmen, die über den Input an Daten und Programmen hinausgehen, indem dynamische  Prozesse zu neuen Erkenntnissen führen. Die KI ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, in die Bereiche der Informatik, Mathematik, Psychologie, Neurologie, Logik, Linguistik, Kommunikationswissenschaft, Neuroinformatik und Kognitionswissenschaft  einfliessen. Ein Hauptziel, die Erzeugung der menschlichen Intelligenz und Kreativität, ist noch in weiter Ferne und es ist fraglich, ob das je gelingen wird. Teilbereiche von intelligenten Handlungen können jedoch schon ansatzweise erzeugt werden.  Beispiele sind Mustererkennung, Sprachsynthese und Spracherkennung, manipulative Intelligenz (Steuern von Automaten bzw. Maschinen in der Fertigung) sowie rationale Intelligenz. Computer, die auf letzterem Gebiet eingesetzt werden,  heissen Expertensysteme. Sie sind in der Lage, mit Hilfe einer Wissens-Datenbank (Knowledge Base) und Entscheidungsregeln (Decision Rules) aus einem odere mehreren Fachgebieten, die zusammen mit einem Wissens-Ingenieur (Knowledge Engineer)  und einem Experten aus dem jeweiligen Fachgebiet erarbeitet werden, selbständig Entscheidungen aufgrund von Sachlagen oder Dateninput zu fällen. Selbständige disziplinäre Unterzweige sind maschinennahes Lernen,  Fuzzy-Logik, natürlich-sprachige Schnittstellen, Sensorik, Robotik, Sprachen und Konzepte zur Anwendung von Wissen.

Väter der Künstlichen Intelligenz
Väter der KI sind Alan Turing (1912-1954), Allen Newell (1927-1992), Herbert Simon  (1916-2001), Marvin Minsky (geb. 1927) und Joseph Weizenbaum (1923 - 2008). Weizenbaum entwickelte das Programm ELIZA, mit dem der Dialog eines Psychiaters mit einem Patienten simuliert wurde. Weitere Wegbereiter der KI sind John  McCarthy (geb. 1927, Turing Award 1971 für seine Beiträge zur KI, Begründer des Alpha-Beta-Algorithmus (Computerschach), Erfinder von LISP) und

Claude Shannon (1916 - 2001)
Claude Shannon begründete die Informationstheorie und  leistete Grundlegendes auf dem Gebiet der Nachrichtenübermittlung und Kryptografie. Von Shannon stammen u.a. das Nyquist-Shannon-Abtast-Theorem, die Shannon-Fano-Datenkompression, A-Strategie (Brute Force) und B-Strategie (Plausibilitätsanalyse,  Nachbilden des menschlichen Denkprozesses) nach Shannon. Shannons Theorien lieferten die Grundlagen für kabellose Telefone, Faxgeräte, Compact Disks oder  das Internet. Neben einer Gastprofessur am MIT arbeitete er als Mathematiker ab 1941 für die Bell Labs (AT&T Bell Labs, später Lucent Technologies).  Ab 1958 wurde er ordentlicher Professor am MIT und emeritierte 1978. Den Bell Labs blieb er bis 1972 als Berater  verbunden.

Dartmouth Conference
Der Begriff der Künstlichen Intelligenz wurde 1956 von Shannon, McCarthy, Minsky und Nathaniel Rochester auf einem zweimonatigen Workshop  am Dartmouth College (Dartmouth Conference) geprägt. McCarthy selber schlug den Begriff am 31.08.1955 in seinem Projektantrag bei der Rockefeller-Foundation vor, um Gelder für das Projekt zu erhalten. Weitere Teilnehmer des Workshop waren:  Alan Newell, John von Neumann, Herbert Simon, Arthur Samuel, Trenchard More, Oliver Selfridge, Ray Solomonoff und Cliff Shaw.  Marvin Minsky machte sich einen Namen durch SNARC (Stochastic Neural Analog Reinforcement Calculator), der erste neuronale Netzcomputer zur Simulation des Verhaltens einer Maus in einem Labyrinth. Ähnliches leistete Shannon mit THESEUS, einer  Robotermaus. Noch heute entzweien sich die Geister an der Machbarkeit der KI. Schon während der Dartmouth Conference 1956 gab es zwei Lager: die Logiker, welche auf die Expertensysteme setzten und die Konnektionisten, welche  die Zukunft in neuronalen Netzen sahen. Damals wurde von den Logikern der "Logic Theorist" vorgestellt. Er soll einige Theoreme aus der Principia Mathematica bewiesen haben und lief auf der JOHNNIAC (John von Neumann  Integrator and Automatic Computer). Der Logic Theorist war mit einer eigens entwickelten Programmiersprache, der Information Processing Language (IPL) gefüttert worden. Minsky und McCarthy gründeten später die AI Labs am MIT, aus  denen später u.a. auch Richard Stallmann hervorging.

Kritik an der AI
Kritiker der AI wie u.a. Weizenbaum glauben in absehbarer Zeit nicht an die Machbarkeit der AI. Mit ELIZA hat er bewiesen, wie schnell die Leute Computer für intelligent halten.  Die Komplexität des menschlichen Gehirns sowie die äusserst hohe Differenzierbarkeit von Intelligenz machen es den heutigen Computern schwer. Menschliche Intelligenz beinhaltet neben der ungeheuren Vernetzung  der menschlichen Neuronen und des Lerneffektes, der immer mehr Verknüpfungen entstehen lässt auch Bereiche, die nur schwer von heutiger Hard- und Software bzw. künstlichen neuronalen Netzen abzubilden sind: Emotionale Intelligenz  und der Ursprung der Emotionen überhaupt und ihre Bedeutung für die Intelligenzkomponente, Bereiche der Kognition und Vorstellungskraft und des "Begreifens" in verschiedenen Kontexten, Intuition, laterales Denken, psychologische Effekte  oder Sinneswahrnehmung. Weiterhin bleibt die Sinnfrage der Intelligenz: Menschen müssen überleben, atmen, Nahrung aufnehmen, sich fortpflanzen oder benötigen Land, Unterkunft oder Bildung. Aus diesem Grund ist die menschliche  Intelligenz meist zielgerichtet, mit allen Vor- und Nachteilen. Warum sollte ein Computer intelligent sein, wenn der Mensch ihm nicht menschliche Motive wie zielgerichtetes Handeln beibringt? Ein Computer kann nicht sterben und hat keine echten  Grundbedürfnisse und (auch deswegen) keine Emotionen. Solange das der Fall ist wird er wenig Eigenbestrebung haben dazuzulernen oder etwas Neues zu entwickeln, es sei denn, man bringt es ihm bei. Ein weiteres Problem ist die Verknüpfung  der Informatik und der KI mit dem militärisch-industriellen Komplex vor allem in den USA. Die menschliche Intelligenz ist zielgerichtet und pervertiert gerne den "Sinn" der Intelligenz. Die Chance, die KI als Gegengewicht zu diesen Entwicklungen  heranzuziehen, um logischere Vorgehensweisen vorzuschlagen wurde wegen der Machtbestrebungen im Bereich Politik und Militär sowie Wirtschaft und Forschung zu wenig genutzt. Weizenbaum merkt an, dass in einer vernünftigen Welt  die Computer etwas langsamer wären, jedoch sinnvoller eingesetzt würden: für friedliche Zwecke und zum Wohle eines jeden. Durch Artificial Intelligence (AI) ist nur schwer das holistische, ganzheitliche Denken abzubilden. Vorreiter ist Fritjof Capra.

Die Supercomputer JUROPA und HPC-FF erreichen mit ihren über 3200 Rechenknoten eine Spitzenleistung von 308 Teraflop/s (308 Billionen  Rechenoperationen pro Sekunde). "Mit JUROPA und HPC-FF geht Jülich ganz neue Wege", erklärt Professor Thomas Lippert, Direktor des Jülich  Supercomputing Centre. "Im JUROPA-Konsortium entwickelt Deutschland wieder eigene Superrechner der höchsten Leistungsklasse." Forscher aller  Fachrichtungen werden JUROPA nutzen, um zu klären, wie sich das Klima wandelt, wie sich Proteine in Zellen falten, wie neue Halbleiter  funktionieren oder wie Brennstoffzellen zu verbessern sind. HPC-FF wird dabei allein für die Fusionsforschung zur Verfügung gestellt. Für besonders  große Simulationen können die beiden Computer gekoppelt werden.   

Quelle: Forschungszentrum Jülich

                                           

Quantencomputer sind in der Lage, dank der Quantenverschränkung (Quantum Entanglement) und Supersposition von Photonen, große Mengen an Daten in sehr effizienter Weise zu verarbeiten.

Grundlagen von Quantencomputern 
Ein 250 QuBit Quantencomputer kann mehr Daten in einem Prozeß verarbeiten als das bekannte Universum Teilchen hat. Durch effiziente Verarbeitung von Daten mit Hilfe spezieller Algorithmen, wie z.B. der Shor-Algorithmus, können  Quantencomputer in hinreichend kurzer, polynominaler Zeit bzw. innerhalb von BQP (Bounded Error Quantum Polynomal Time) alle nicht-trivialen Teiler von Primzahlen bestimmen.  Die BQP gibt für Quantencomputer an, ob eine Aufgabe in polynominaler Zeit mit einer Fehlerwahrscheinlichkeit von unter 1/2 lösbar ist.

Dekohärenz und Quantenlogik-Schaltungen 
Ein Quantencomputer ist in Kohärenz, wenn 2 QuBits sich in Superposition befinden. Die Superposition kann als Linearkombination von Basiszuständen interpretiert werden. Ein QuBit wird als Vektor dargestellt und ein orthonormales  Basissystem zu Grunde gelegt. Der sich daraus ergebende Vektorraum wird Hilbertraum genannt. Bei einem QuBit wird als Zustandsvektor ein Einheitsvektor verwendet. Bei n QuBits ergeben sich 2^n Basisvektoren.  Das Quantensystem kann also in der Superposition theoretisch 2^N Zustände annehmen. Dadurch können auch so viele Zustände der klassischen Datenverarbeitung in einem Prozess gleichzeitig verarbeitet werden.  Um ein solches Modell abzubilden wird eine Schrödinger-Gleichung mit einem zeitvariablen Anteil verwendet. In dieser kommt der Hamilton Operator für n Basisvektoren zum Einsatz und wird durch eine n x n Matrix beschrieben.  Dabei wird ein Quantenprozeß beschrieben, der einen Ausgangszustand des Vektors in einen Endzustand zeitabhängig überführt. Der so erreichte Endzustand dient dann wieder als Ausgangszustand für den nächsten QM-Prozeß.  In diesen Prozessen kann man quantenlogische Schaltungen definieren. Zu jedem Prozeß existiert auch eine inverse Matrix, da Quantenprozesse reversibel sind. Dies erschwert die Delete und Write Vorgänge von Daten, wie man sie aus der konventionellen  Datenverarbeitung kennt. Es gibt jedoch elementare reversible quantenlogische Operationen: NOT, Controlled-NOT, Hadamard und Phasenverschiebung.  Durch den NOT-Operator wird die Wahrscheinlichkeitsamplitude der Zustände eines gesetzten oder gelöschten QuBits vertauscht. Controlled-NOT (CNOT) führt dieselbe Operation für das zweite QuBit aus, falls das erste gesetzt ist.  Der Hadamard-Operator (Hadamard Gatter) erstellt den Zustand der Superposition bzw. hebt ihn auf und die Phasenverschiebung ist für die Änderung der Phase, also dem Verhältnis von Realanteil und Imaginäranteil der Amplitude der Wellenfunktion zuständig.  Kombiniert man Hadamard und Controlled-NOT, so erhält man 2 QuBits die aneinander gekoppelt, also verschränkt sind.

Ternäre Quantenlogik 
Durch Quantencomputer ist auch die Darstellung einer ternären Logik möglich. Schrödingers Katze ist tot und lebendig gleichzeitig. Sie ist in jedem gegebenen Moment an 2 Orten gleichzeitig im Universum, an einem lebendig, an einem anderen tot.  Die ternäre Logik ergibt sich dann aus der chiralen Signatur des Universums +1 / 0 / -1 und ihrer Subdomäne -1 / 0 / +1. Die Null entspricht hier der Identität einer Quantendaten-Redundanz. Denn das Universum ist jederzeit parallel zu sich selber.  Es verfügt über rekursive Symmetrien und dynamische Asymmetrien.

Es sollte beachtet werden, das Quantensysteme die Bell'sche Ungleichung verletzen, und damit nicht-lokal und nicht real in der Messung sind: es wird nicht wirklich gemessen sondern durch  die Messung ein Zustand hergestellt. Sie folgen der Mehrwelteninterpretation (MWI) und der Kopenhagen-Deutung der Quantenphysik. Die Quantendaten sind redundant im Universum enthalten. 

Die Photonen Funktion wird definiert als ein Paar pro QuBit im Quark Zustand, was es erlaubt, einen Hall-induzierten Mikrokosmos zu bekommen, ein fester Zustand in Bezug zu einem der drei Felder, die anderen beiden sind im Quanten-Fluss.  Eine dazu passende Analogie wäre eine Wippe, mit dem dritten Zustand im Drehpunkt, nur mit dem Unterschied, daß beide Seiten der Wippe auf und ab gehen, als Reflektion des jeweils anderen Zustandes.  Die Lesefunktion kommt dann vom dritten Zustand. Die gepaarten Zustände enhalten dann die Komplexität der Daten in diskreter Form. 

Strategien gegen Dekohärenz in Quantensystemen 
Das Quantencomputersystem kann jedoch durch äußere Einflüsse in Dekohärenz gebracht werden, z.B. durch elektromagnetische Wellen oder andere Teilchen. Um dem entgegen zu Wirken gibt es verschiedene Ansätze wie  die Quanten-Fourier-Transformation mit einer Quanten-Fehlerkorrektur-Routine. Erfolg versprechend ist es, den Zusand der Kohärenz zu verlängern um Quantenlebenszeiten von 200 Microsekunden (200 µs) zu erzielen.  Dazu wurden bereits verschiedene Vorgehensweisen vorgeschlagen, beispielsweise Geräuschentkopplung, um die Hamiltonischen Operatoren näher an ihren Idealzustand zu bringen:  durch das Einbetten eines Transmon QuBits in einen supraleitenden Wellenleiterhohlraum. Eine 3 cQED Schaltung (dubbed 3 dimensionale  QED Schaltung) verlängerte die QuBit Quantenlebenszeit auf bis zu 60 µs. Eine weitere Frage stellt sich darin, ob eine längere Phase der Dekohärenz tolerabel ist durch den Einsatz der QEC (Quantum Error Correction).  Die Verletzung der Bellschen Ungleichung wurde auch durch supraleitende Quanten-Schaltungen gezeigt, welche geeignet scheinen für die Quantendatenverarbeitung. Heute verwendet man Small Angle-evaporated Josephson Junctions. Die Dekohärenz-Zeiten können  weiter verringert werden, indem man Vorkehrungen gegen QuBit Dephasing trifft, welches durch Fluktuationen der Cavity-Photonen-Anzahl während der QuBit Operationen auftritt.  Ein weiterer Ansatz um die Dekohärenz zu bekämpfen ist das Weak-Measurement.

EDV ist ein Sammelbegriff für Elektronische Daten-Verarbeitung, für EDV-Anlagen sowie für die Datenverarbeitung selbst. Im Englischen heisst es EDP (Electronic Data Processing).  Der EDV Begriff stammt aus den Anfängen der elektronischen Datenverarbeitung und meint den eigentlichen Verarbeitunsprozess aus der Input Output Sicht und was damit zusammenhängt, also auch Software.  Der Begriff der Informationstechnologie ist breiter angelegt und umfasst alles was mit digitaler Datenverarbeitung im Zusammenhang mit Informationsaustausch und Kommunikation zusammenhängt, also auch Mobile Devices,  Portable Medien, Speichermedien aller Art oder auch Mensch-Maschine-Schnittstellen.  EDV gestützte Informationssysteme bilden eine Informations- und Kommunikationsquelle die zahlreiche Anwendungen birgt wie Textverarbeitung, Wissensverarbeitung, z.B. wissenschaftliche Informationen oder EDV Lexikon,  Datenbanken verwalten oder Handelssysteme, Analysesysteme, Forschung- und Entwicklung oder Spiele und Simulationen.                                               

Unter einer ODER-Verknüpfung (Disjunktion, OR-Verknüpfung) versteht man eine logische ODER-Verknüpfung.  Sie entstammt der Booleschen Algebra und führt zu WAHR (TRUE oder 1), wenn eine oder alle Bedingung(en) WAHR sind und zu FALSCH, (FALSE oder 0)  wenn alle Bedingungen FALSCH sind. A ODER B ist WAHR, wenn A WAHR ist, oder wenn B WAHR ist, oder wenn A und B WAHR sind. A ODER B ist FALSCH, wenn A und B FALSCH sind.                                                     

Die Boolesche Algebra (benannt nach George Boole 1815-1864) befasst sich mit den Operatoren UND, ODER, NICHT und den mengentheoretischen Verknüpfungen Durchschnitt, Vereinigung und Komplement. In  Programmiersprachen nehmen Boolesche Werte die Formen WAHR und FALSCH an. Dies kann in der EDV leicht mit Null oder Eins, bzw. Strom oder Nicht-Strom repräsentiert werden. Durch die Operatoren UND, ODER und NICHT werden 2 Werte zu einem  neuen Wert verknüpft: sie nehmen die Zustände WAHR oder FALSCH an. In Schaltkreisen werden oft die Verknüpfungen NAND (NOT AND, Nicht UND), NOR (NOT OR, Nicht ODER) und XOR  (Exklusives ODER) realisiert (Exklusives ODER ist nur WAHR, wenn der eine oder der andere Wert WAHR ist, sind beide oder keiner WAHR, so ist das  Ergebnis der Verknüpfung FALSCH). Die besondere Bedeutung der NAND Gatter besteht darin, dass damit alle Verknüpfungen z. B. in einem Integrated Circuit (IC) verwirklicht werden können.  NAND liefert nur dann das Ergebnis FALSCH, wenn beide Eingabewerte WAHR sind, bzw. ist WAHR,  wenn mindestens einer der Eingabewerte FALSCH (eine Null) ist. Man kann beispielsweise folgende Verknüpfungen mit NAND-Gattern realisieren:
NOT X entspricht X NAND X
X AND Y entspricht (X NAND Y) NAND (X NAND Y) 
X OR Y entspricht (X NAND X) NAND (Y NAND Y)
X NOR Y entspricht ((X NAND X) NAND (Y NAND Y)) NAND ((X NAND X) NAND (Y NAND Y))
X XOR Y entspricht (X NAND (Y NAND Y)) NAND ((X NAND X)  NAND Y)
X XNOR Y entspricht (X NAND Y) NAND ((X NAND X) NAND (Y NAND Y)). 
Der Boolesche Wert WAHR entspricht in vielen Programmiersprachen auch TRUE, und FALSCH entspricht FALSE.