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Und pötzlich ist da eine andere Welt ...

in Aus der Welt der Wissenschaft 07.10.2019 23:13
von franzpeter | 9.650 Beiträge

Quantencomputer
Und plötzlich ist da eine andere Welt
Googles Roboter haben die eigenen Schöpfer ausgetrickst: Ein durch die Suchmaschine geleakter Fachartikel beschreibt einen Durchbruch beim Thema Quantencomputer. Hat sich gerade die Welt verändert?

Eine Kolumne von Christian Stöcker
Sonntag, 06.10.2019 19:11 Uhr


Kolumne
Ein Polizist hält den Physiker Werner Heisenberg am Steuer eines Autos an. "Wissen Sie, wie schnell sie gefahren sind?", fragt der Beamte. "Nein", sagt Heisenberg, "aber ich weiß ganz genau, wo ich gerade bin."

Ein Witz über Quantenphysik - in der Langversion kommen auch Erwin Schrödinger, Georg Simon Ohm und eine tote Katze vor.
Die Welt der Quanten scheint ein seltsames Reich. Darin gibt es keine Gewissheiten, wie in der alten Welt der Newton'schen Physik, sondern nur noch Wahrscheinlichkeiten. Heute können Quantenphysiker sich zwar darauf einigen, wie viele Phänomene aus dieser Welt zu berechnen sind - aber nicht, was sie eigentlich bedeuten.

Noch bevor wir sie wirklich verstanden haben, hat die schon knapp hundert Jahre alte Quantenphysik die Welt aber womöglich nachhaltig verändert. So nachhaltig, dass wir sie in einigen Jahrzehnten - oder Jahren? - vielleicht kaum wiedererkennen werden.

Ein verhängnisvoller Fehler
Das hat mit einem Forschungsbericht zu tun, dessen Entwurf irgendjemand offenbar etwas unvorsichtig auf einem für solche Zwecke vorgehaltenen Server der US-Raumfahrtbehörde Nasa abgelegt hatte. Der Server hing am Internet, und Googles Crawler entdeckten das Paper. Daraufhin bekamen dem Quantenphysiker Jonathan Dowling zufolge alle an solcher Forschung Interessierten, die einen entsprechenden Alert bei Googles Forschungsplattform Scholar eingerichtet haben, automatisch eine Kopie des Textes zugeschickt.

"Ihre eigenen Bots haben sie erwischt", twitterte Dowling.

Der Bericht stammt von einem Team bei Google, das seit Jahren verspricht, man werde demnächst "Quantenüberlegenheit", quantum supremacy, erreichen. Der dramatisch klingende, durchaus umstrittene Begriff bedeutet: zu demonstrieren, dass ein Quantencomputer eine konkrete Aufgabe viel schneller lösen kann als ein "klassischer" Computer, der nur mit Bits von 0 oder 1 operiert. Quantencomputer arbeiten mit sogenannten Quantenbits oder Qubits, die viele unterschiedliche Werte annehmen können.
Unendlich viele Kopien des Universums?
Quantenmechanik gehört zu den verrücktesten Aspekten der modernen Physik. Es gibt viele unterschiedliche Lesarten der gleichen theoretischen Grundlagen. Der Physiker Sean Caroll legt sich in seinem kürzlich erschienenen, sehr empfehlenswerten Buch "Something Deeply Hidden" auf eine davon fest, die besonders verrückt erscheint: Die "Many Worlds"-Hypothese, der zufolge jedes noch so winzige beobachtete Ereignis eine fast, aber nicht ganz identische Kopie des Universums erzeugt. Eine Welt mit Quantenmechanik - und in Wahrheit ist alles Quantenmechanik, vom Atomkern bis zur Gestalt des Universums selbst - ist in jedem Fall irgendwie bizarr und unvorstellbar. Trotzdem kann man auf der Basis der grundlegenden Kalkulationen schon jetzt funktionierende Computer bauen.

Es war offenbar nicht geplant, das Forschungspapier mal eben zu veröffentlichen, weder Google noch die Nasa haben den Vorfall kommentiert. Viele andere Forscher, die am gleichen Thema arbeiten, halten es aber für authentisch: "Der geleakte Entwurf von Googles Artikel stellt Fachleuten zufolge vermutlich den ersten experimentellen Beleg für die langgehegte theoretische Annahme dar, dass Quantencomputer selbst die mächtigsten modernen Supercomputer in bestimmten Aufgaben schlagen könne", heißt es in der Fachzeitschrift "IEEE Spectrum" des internationalen Berufsverbandes von Ingenieuren in Elektro- und Informationstechnik. Das Magazin gehört eher nicht zur Boulevardpresse.
Drei Minuten statt 10.000 Jahre

Dem geleakten Bericht zufolge hat ein von Google konstruierter Quantencomputer mit 53 Qbits - das 54. ist offenbar kaputtgegangen - in etwa drei Minuten und zwanzig Sekunden eine sehr schwierige, speziell für dieses Experiment entworfene Aufgabe gelöst. Dem Artikel zufolge hätte der derzeit schnellste Supercomputer der Welt für die gleiche Berechnung 10.000 Jahre gebraucht.
Tatsächlich hatte Hartmut Neven, der aus Deutschland stammende Kopf des sogenannten Google Quantum Artificial Intelligence Lab, schon im Sommer angekündigt, die "Quantenüberlegenheit" sei noch 2019 in Reichweite.
Wachstum, wie es in der Natur kaum vorkommt
Quantencomputer werden derzeit in atemberaubendem Tempo besser - Neven zufolge ist das Wachstum doppelt exponentiell. Bei Google spricht man deshalb schon von "Neven's Law" in Anlehnung an das Moore'sche Gesetz. Doppelt exponentiell heißt: Auch der Exponent des exponentiellen Wachstums hat noch einmal einen Exponenten. Derart explosives Wachstum gibt es in der Natur so gut wie nie. Für Neven schlägt sich dieses Phänomen unter anderem darin nieder, dass sein Team immer größere Rechenkapazitäten bei Googles Rechenzentren oder Supercomputern ordern muss, um das zu simulieren, was der Quantencomputer gerade tut.
Diese Art Forschung kostet eine Menge Geld - und das fließt im Moment vor allem aus privatwirtschaftlichen Quellen reichlich.
Adé, Verschlüsselung?
Ob Nevens Gesetz wirklich der Realität standhält und wie schnell Quantencomputer tatsächlich in der Lage sein werden, auch andere, nicht speziell auf ihre sehr speziellen Eigenschaften zugeschnittenen Probleme zu lösen, ist im Moment so unklar wie umstritten. Nach dem spektakulären Leak scheint sich aber unter Fachleuten die Vermutung zu verdichten, dass Google den ersten Meilenstein erreicht hat.
Bis zur echten praktischen Anwendung kann es womöglich noch dauern: John Preskill, der Erfinder des Begriffs quantum supremacy, schätzt zum Beispiel, die ersten Allzweck-Quantencomputer werde es erst in 30 Jahren geben.
Relevant ist all das aber schon jetzt, vor allem aus zwei Gründen: Mit Quantencomputern kann man, theoretisch, hervorragend bisherige Verschlüsselungsmechanismen knacken. Womöglich wird all die verschlüsselte Information, die NSA und Five-Eyes-Geheimdienste derzeit horten, eines Tages vollständig lesbar. Wenn das passiert, wird es den Globus erschüttern.
Hallo, künstliche Intelligenz?
Noch überraschender könnten aber die Auswirkungen an ganz anderer Stelle sein: Quantencomputer, auch die jetzt vorhandenen ersten Prototypen, sind besonders gut für sogenannte Optimierungsprobleme geeignet. Genau die Art von Problemen also, die beim maschinellen Lernen zu lösen ist. Auch in diesem Bereich verlaufen die Fortschritte im Moment exponentiell. Wenn diese beiden Entwicklungen fruchtbar zusammentreffen, werden Computersysteme scheinbar urplötzlich bislang unmöglich geglaubte Leistungen erbringen können. Maschinen, die in Sekundenschnelle lernen, würden möglich.

"Wir denken langfristig", sagte Alán Aspuru-Guzik, ein nicht an dem Google-Papier beteiligter Quantenforscher von der University of Toronto, dem Fachmagazin "Nature". "Aber es könnte schon morgen einige Überraschungen geben."
Hartmut Neven hat einmal gesagt, mit doppelt exponentiellem Wachstum verhalte es sich so: "Es sieht aus, als ob gar nichts passiert, und dann - ups - ist man in einer anderen Welt."

Quelle: spiegel online

Anmerkung:

Zitat
Derart explosives Wachstum gibt es in der Natur so gut wie nie. Für Neven schlägt sich dieses Phänomen unter anderem darin nieder, dass sein Team immer größere Rechenkapazitäten bei Googles Rechenzentren oder Supercomputern ordern muss, um das zu simulieren, was der Quantencomputer gerade tut.



Ade Weltklima.
Wer braucht das? Die Wissenschaft, die Konzerne, die Rüstungsindustrie, die Politik?
Wer kann die Ressourcen bezahlen wenn nicht die?
Ich befürchte, wir alle werden sie bezahlen.


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
zuletzt bearbeitet 07.10.2019 23:44 | nach oben springen


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