Quantencomputer – es geht los!

Vor etwa zwei Wochen erschien ein Bericht über einen bahnbrechenden Fortschritt bei Quantencomputern im Internet. Kurz darauf hat ihn die NASA, über die der Bericht lief, wieder aus dem Verkehr gezogen, aber Wissenschaftler, die ihn rechtzeitig heruntergeladen hatten, waren geradezu begeistert. Sie sprechen von einem „Sputnik“-Moment.

Einige erinnern sich vielleicht noch an Sputnik, den kleinen Satelliten im Weltall. Es war der erste Schritt der Menschheit von ihrem angestammten Planeten in die weite unfassbare Welt des Weltraums. Sputnik, der erste Schritt in ein neues Zeitalter.

Was war denn nun mit den Quantencomputern geschehen?

Ein Team von Google hat einen Quantencomputer so weit entwickelt, dass er alle Supercomputer der Welt weit in den Schatten stellt. Zentrum des Quantencomputers ist ein Chip namens Sycamore mit supraleitenden Minischaltkreisen. Eine Berechnung, für die die leistungsstärksten Supercomputer zehntausend Jahre (!) benötigen würden, hat er in drei Minuten und zwanzig Sekunden erledigt. Mit anderen Worten: Googles Quantencomputer war in diesem Fall 1,6 Milliarden Mal schneller!

Ein kleiner Trost für alle Supercomputerbesitzer: Es war eine Berechnung, die besonders gut für Quantencomputer geeignet war. Trotzdem ist es ein Meilenstein und der Aufbruch in eine neue Zeit. Warum das so ist, erklärt ein kurzer Ausflug in die unterschiedliche Arbeitsweise der Maschinen:

Ein Supercomputer arbeitet genau wie ein herkömmlicher Computer mit winzigsten Schaltern (Transistoren), die entweder Strom fließen lassen oder nicht. 1 und 0. Eigentlich primitiv, aber wegen der enormen Schnelligkeit sehr effektiv. Will man die Leistung verdoppeln, braucht man doppelt so viele Schalter.

Ein Quantencomputer arbeitet mit Qubits – Quantenbits. Dabei kann ein Qubit nicht nur einen Wert annehmen, sondern mehrere gleichzeitig. Das ist eine sogenannte Superposition und ist schwer zu verstehen, funktioniert aber sehr gut und hat zur Folge, dass sich die Leistung mit jedem weitern Qubit verdoppelt. Das ergibt ein exponentielles Wachstum, was für uns sehr schwer vorstellbar ist, weil es das in unserem Alltag so gut wie nie gibt.

Hier hilft eine alte Legende: Der Erfinder des Schachspiels hat bei seinem Kaiser solche Begeisterung erweckt, dass der ihm einen Wunsch frei gibt. Der Erfinder wünscht sich auf dem ersten Feld des Schachspiels ein Reiskorn. Auf dem zweiten dann zwei Reiskörner, und auf dem dritten Feld vier. Immer verdoppelt. Der Kaiser hält seinen Untertan für bescheiden und gewährt ihm den Wunsch – muss aber dann feststellen, dass es im ganzen Universum nicht so viele Reiskörner gibt, um den Wunsch zu erfüllen. Exponentielles Wachstum

Der Quantencomputer von Google rechnet mit 53 Qubits. Er rechnet also nicht mit 32 oder 64 Bit, wie wir es von zu Hause kennen, sondern – exponentielles Wachstum – mit 9 Billiarden Zuständen! (= 9.000.000.000.000.000). Unfassbar – aber trotzdem erst der Anfang. Wir erinnern uns: Ein Qubit mehr verdoppelt die Leistung. Man muss kein Prophet sein, um vorauszusagen, dass das Wissenschaftlerteam sich sicher nicht zur Ruhe setzt, sondern Qubit um Qubit hinzufügen wird.

Deshalb: Der jetzige Schritt ist schon gewaltig, aber erst der Beginn. Die Entwicklung geht schneller als selbst von Experten gedacht. 2017 sagte Dr. Martin Brüchert, Geschäftsfeldleiter der Fraunhofer-Institute: „Quantencomputer werden wir in 10 oder 15 Jahren haben.“ Aha.

Die Entwicklung ging also wesentlich schneller als gedacht, aber das ist nicht das Ende, sondern erst der Anfang der Beschleunigung. Das liegt am Quantencomputer selbst und der Frage: Was kann so ein Ding eigentlich?

Möglich werden jetzt zahllose Berechnungen, bei denen selbst die besten Supercomputer an ihre Grenzen stoßen: Klima besser berechnen – und dadurch mithelfen, die Probleme zu lösen, Materialentwicklung, Medikamententwicklung, … und auch alles, was mit der Quantenwelt zu tun hat. Und die reicht bis in unsere Hosentasche, z. B. beim GPS Ihres Handys. Quantensensoren sind dermaßen empfindlich, dass sie ganze Wissenschaftsbereiche revolutionieren oder neu schaffen können. Und, was damit automatisch einhergeht: Ein besseres Verständnis und bessere Werkzeuge für die „verrückte“ Welt der Quanten. Damit kann man dann noch bessere Quantencomputer entwickeln. Deshalb: Der Fortschritt wird weiter Fahrt aufnehmen.

Und dann gibt es noch etwas, für das Quantencomputer besonders interessant sind: bei der Erforschung der komplexesten Struktur des Universums – unserem Gehirn! Dort, wo die Keimzelle unserer Intelligenz sitzt, stoßen herkömmliche Computer an ihre Grenzen. Und Künstliche Intelligenz ist bisher immer noch sehr eingeschränkt, was an der Komplexität der Aufgabe und der „geringen“ Rechenkapazität der Computer liegt. Wenn KI auf Quantencomputer trifft, wird alles anders. Wer das für Spekulation hält, sollte wissen, dass das Google-Team nicht nur für Quantencomputer zuständig ist, es ist das „KI- und Quantum-Team“.

Als Science Fiction Autor erlaube ich mir zum Schluss doch noch eine kleine Spekulation: Unser menschlicher Körper ist ebenfalls ein komplexes System, das Supercomputer überfordert. Dazu gehört auch der Alterungsprozess mit dem unausweichlichen Tod am Ende. Eine große Herausforderung, die nicht einfach mehr als naturgegeben hingenommen wird, viele Wissenschaftler arbeiten daran. Eins der Unternehmen, das sich auf die Forschung an der Herauszögerung und am Abschaffen des Alterns und des Todes spezialisiert hat, ist Calico. Es ist 2016 gekauft worden – von Google. Ob Google dem Team von Calico verbieten wird, den neuen Quantencomputer einzusetzen?

Und zuletzt finde ich auch noch spannend, dass die NASA den Bericht schnell wieder zurückgezogen hat. Aber das überlasse ich jetzt Ihrer Fantasie 😊

 

Ein empfehlenswertes Video zu dem Thema, aus dem auch ein Teil meiner Informationen stammt, finden Sie hier bei Clixoom.

 

Abbildung: 3D render of quantum processor, Armin Van, Shutterstock