Googles neuer Quantencomputer – Erleben wir gerade den Sputnik-Moment in der Informationstechnologie?

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Grenzgänge in den heutigen Wissenschaften
Beobachtungen der Wissenschaft

Ein Begriff, der den meisten Menschen so unheimlich-bizarr wie aufregend-futuristisch erscheint, drängt in die Sphäre der öffentlichen Aufmerksamkeit. Er kombiniert die technologische Allmacht des digitalen Rechnens mit der ehrfurchteinflössenden Komplexität und Abstraktheit der bedeutendsten physikalischen Theorie des 20. Jahrhunderts. Die Sprache ist vom Quantencomputer. Und er verspricht eine neue technologische Revolution, die das 21. Jahrhundert ähnlich stark prägen könnte wie die Entwicklung digitaler Schaltkreise das 20. Jahrhundert formte.

Lange waren Quantencomputer Stoff für Science-Fiction, ihre Realisierung lag weit in der Zukunft. Doch bekannterweise nähert sich uns diese immer schneller. Nun hat Google durchsickern lassen, dass seinen Ingenieuren die Konstruktion eines Quantencomputers gelungen sei, der zum ersten Mal ein Problem lösen kann, an dem sich jeder herkömmliche Computer die Zähne ausbeisst. Konkret habe der Computer-Chip Sycamore für eine spezielle Rechenaufgabe, für die der weltbeste Supercomputer 10 000 Jahre benötigt, gerade einmal 200 Sekunden gebraucht! Google selbst hat die Eigenschaft eines Quantencomputers, jedem existierenden klassischen Computer bei der Bewältigung von bestimmten Aufgaben überlegen zu sein, bereits vor Jahren als quantum supremacy getauft. Nun scheint der Moment einer solchen „Quantenüberlegenheit“ gekommen zu sein. Wir könnten also gerade Zeuge eines Sputnik-Moments in der Informationstechnologie werden. Auch wenn es sich hier eher um einen symbolischen Meilenstein handelt, da das von Sycamore gelöste Problem doch von sehr akademischer Natur ist, so könnte die Leistung von Google die Quanteninformationstechnologie ähnlich stimulieren wie der historische Sputnik-Moment der 1950er die Raumfahrt.

Doch was ist eigentlich ein Quantencomputer? Obwohl auch herkömmliche Computer immer kleinere Bauteile verwenden, bei denen Quanteneffekte eine wichtige Rolle spielen, so basiert ihre Funktionsweise doch prinzipiell vollständig auf der klassischen Physik. Die allen heutigen Computern zugrunde liegende so genannte von-Neumann-Architektur sorgt dafür, dass die einzelnen Rechenschritte sequentiell, also Bit für Bit abgearbeitet werden. Diese kleinstmöglichen Informationseinheiten nehmen dabei jeweils einen wohldefinierten Zustand von entweder 1 oder 0 an. Quantencomputer verwenden dagegen in ihrem Kern direkt die Eigenschaften der Quantentheorie, womit sie einer völlig anderen Informationstheorie unterliegen Die Entsprechung des klassischen Bits in Quantencomputern ist das Quantenbit, kurz Qubit. Und Qubits haben es in sich: Sie können beispielsweise verschiedene Zustände, also 0 und 1, simultan annehmen, sowie alle Werte dazwischen. Sie können also „halb 1“ und „halb 0“ sein. Das liegt an den Möglichkeiten von Quantenzuständen, in so genannten „Superpositionen“ zu existieren. Dies sind Überlagerungen sich klassisch gegenseitig ausschliessender Zustände. Diese bizarre Eigenschaft von Quantenteilchen war einst unter den Vätern der Quantenphysik Auslöser hitziger Diskussionen, die ihren Ausdruck zuletzt in dem bekannten Gedankenexperiment der Schrödinger‘schen Katze fanden. Dazu kommt, dass sich verschiedene Quantenteilchen in so genannte verschränke Zustände bringen lassen. Auch das ist eine Eigenschaft, die wir in unserer, klassischen Welt nicht kennen. Es ist, als ob die Qubits mit einer unsichtbaren Feder aneinandergekoppelt sind. Sie stehen dann allesamt direkt und ohne jede Kraftweinwirkung in Kontakt miteinander. Jedes Quantenbit „weiss“, was die anderen gerade treiben. Albert Einstein hielt Verschränkung für physikalisch unmöglich und nannte sie spöttisch „spukhafte Fernbeziehung“.

Verschränkte Qubits liegen also in einer Superposition unendlich vieler verschiedener Zustände zugleich vor, die zugleich durch ein unsichtbares und unmessbares Band miteinander verbunden sind. Salopp gesagt: das Vielteilchensystem nimmt simultan alle möglichen Zustände ein. Einzelne physikalische Werte  werden (mit einer jeweiligen Wahrscheinlichkeit) erst bei einer Messung realisiert. Vorher sind sie objektiv unbestimmt – auch das ist wieder so eine merkwürdige Eigenschaft in der Quantenwelt. Mit Hilfe eines entsprechenden Algorithmus lassen sich nun verschränkte Qbits allesamt gleichzeitig verarbeiten. Und in dieser Parallelverarbeitung liegt die Potenz des Quantencomputers. Denn je mehr Qubits miteinander verschränkt sind, desto mehr Zustände können parallel verarbeitet werden. Es ist, als ob viele Schokoladenfabriken gleichzeitig ihre Fliessbänder angeworfen hätten und nun alle parallel Schokolade produzieren. Anders als in herkömmlichen Computern, deren Rechenleistung linear mit der Anzahl der Rechenbausteine steigt, erhöht sich damit die Leistung eines Quantencomputers exponentiell mit der Anzahl der eingesetzten Qubits. Die Leistung eines Quantencomputers verdoppelt sich also nicht erst, wenn zu 100 Qubits weitere 100 Qubits hinzugeschaltet werden, sondern bereits, wenn nur ein einziges Qubit zu den 100 Qubits hinzugefügt wird. Kommen 10 dazu, vertausendfacht (genauer 1024-facht) sich seine Leistung, bei 20 neuen Qubits ist der Quantencomputer bereits eine Millionen Mal so schnell, bei 50 neuen Qubits eine Millionen Milliarden Mal. Und bei 100 neuen Informationsträgern, wenn sich die Leistungsfähigkeit eines klassischen Computers gerade mal verdoppelt hat, lässt sich die Erhöhung der Leistungsfähigkeit eines Quantencomputers kaum mehr in Zahlen benennen. Mit dieser enormen Macht der Parallelrechnung liessen sich Probleme lösen, die selbst für die heute in Physik, Biologie, Wetterforschung und anderswo eingesetzten „Supercomputer“ noch bei weitem zu schwierig zu verarbeiten sind.

Bei näherer Betrachtung lässt sich die massive Parallelisierung durch verschränkte Zustände allerdings nicht ganz mit parallel arbeitenden Schokoladenfabriken vergleichen. Information, die in verschränkten Systemen gespeichert und verbreitet wird, ist sehr verschieden von der Information, die von gewöhnlichen digitalen Computern verarbeitet wird. Quantencomputer arbeiten nicht im wörtlichen Sinne parallel, sondern sie organisieren die Information so, dass diese über sehr viele verschränkte Komponenten des Gesamtsystems verteilt ist. Man stelle sich ein Buch mit 100 Seiten vor. Für ein gewöhnliches klassisches Buch gilt, dass jedes Mal, wenn man eine Seite liest, man weitere 1% des Inhalts des Buches erfasst hat. Nachdem man alle Seiten einzeln gelesen haben, weiss man alles, was im Buch steht. Bei einem Quantenbuch, in dem die Seiten miteinander verschränkt sind, liegen die Dinge anders. Betrachtet man darin die Seiten einzeln, sieht man nur zufälliges Kauderwelsch, und nachdem man alle Seiten nacheinander gelesen hat, weiss man immer noch sehr wenig über den Inhalt des Buches. Denn in einem Quantenbuch ist die Information nicht auf den einzelnen Seiten aufgedruckt , sondern fast ausschliesslich in der Korrelation der Seiten untereinander kodiert. Wer das Buch lesen will, muss also alle Seiten gleichzeitig betrachten.

Fünf Felder, deren Probleme heutige Computer – und seien sie noch so gross – überfordern, sollen aufzeigen, welche fantastischen Möglichkeiten sich mit einem Quantencomputer eröffnen:

  1. Kryptographie: Heute gängige Verschlüsselungen beruhen auf der Re-Faktorisierung der Produkte zweier sehr grosser Primzahlen. Ab einer bestimmten Zahlengrösse ist diese Aufgabe für einen klassischen Computer nicht mehr zu lösen. Der Informatiker Peter Shor entwickelte 1994 einen Algorithmus, mit dessen Hilfe ein Quantencomputer die grössten Produkte heute verwendeter Primzahlen innerhalb von Minuten in ihre Teiler faktorisieren könnte.
  2. Lösung komplexer Optimierungsaufgaben: Die Aufgabe, aus vielen Varianten die optimale Lösung zu finden, gilt unter Mathematikern als besonders knifflig. Solche Probleme treten in der industriellen Logistik, im Design von Mikrochips oder auch in der Optimierung von Verkehrsflüssen auf. Bereits bei einer geringen Zahl von Varianten steigen klassische Computer bei der Berechnung optimaler Lösungen aus. Quantencomputer könnten solche Optimierungsprobleme dagegen in vergleichsweise kurzer Zeit lösen.
  3. Bedeutende Anwendungen könnten auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz liegen: Die dort verwendeten „tiefen neuronale Netze“ sind mit harten kombinatorischen Optimierungsprobleme verbunden, die von Quantencomputern weitaus schneller und besser gelöst werden können als von klassischen Computern, was Maschinen noch einmal um ein Vielfaches schlauer machen könnte.
  4. Suche in grossen Datenbanken: Beim Durchsuchen unsortierter Datenmengen muss ein klassischer Computer jeden Datenpunkt einzeln betrachten. Die Suchdauer steigt daher linear mit der Anzahl der Datenpunkte und wird damit bei grossen Datenmengen für einen klassischen Computer schnell zu gross. Im Jahr 1996 veröffentlichte der Informatiker Lov Grover einen Quantencomputer-Algorithmus, für den die Anzahl der notwendigen Rechenschritte nur noch mit der Wurzel der Datenpunkte anwächst. Anstatt bei einer Milliarde Dateneinträgen tausendmal so lange zu brauchen wie bei einer Million, würde dies mit einem Quantencomputer und dem „Grove-Algorithmus“ nur noch etwas mehr als 30-mal so lang dauern – im Falle sehr grosser Zahlen eine atemberaubende Verbesserung.
  5. Auffinden neuer chemischer Verbindungen: Auch bei der Simulation von Quantensystemen kommen immer wieder komplexe Optimierungsprobleme vor, bei denen es darum geht, aus vielen Alternativen die bestmögliche, d.h. energetisch günstigste Konfiguration der Elektronen in komplexen Molekülen oder Atomverbänden zu finden. Mit solchen Problem schlagen sich theoretische Physiker und Chemiker seit Jahrzehnten herum, bei eher beschränktem Erfolg. Denn für herkömmliche Computer sind die entsprechenden Quantengleichungen einfach zu schwierig. Quantencomputer könnten das Verhalten der beteiligten Elektronen dagegen direkt abbilden, da sie sich selber wie ein Quantensystem verhalten. Mit dem damit möglichen besseren Verständnis von Molekülen und den Details ihrer chemischen Reaktionen liessen sich beispielsweise neue Medikamente oder auch weit effizientere Batterietechnologien entwickeln.

Einige Physiker glauben sogar, mit einem Quantencomputer jegliche Problemstellungen in der Natur berechnen zu können, vom Verhalten schwarzer Löcher, der Entwicklung des ganz frühen Universums, der Kollisionen hochenergetischer Elementarteilchen bis hin zum Phänomen der Supraleitung und der Modellierung der 100 Milliarden Neuronen und der noch einmal eintausend mal grösseren Anzahl ihrer Verbindungen in unserem Gehirn. Auf jeden Fall lohnt es sich, in den nächsten Wochen und Monaten die Wissenschaftsteil der Tageszeitung etwas genauer zu lesen.

Mehr über die zweite Quantenrevolution: https://www.springer.com/de/book/9783662575185 und https://www.randomhouse.de/Buch/Mehr-Zukunft-wagen/Lars-Jaeger/Guetersloher-Verlagshaus/e558875.rhd

 

 

Lars Jaeger

Veröffentlicht von

www.larsjaeger.ch

Jahrgang 1969 habe ich in den 1990er Jahren Physik und Philosophie an der Universität Bonn und der École Polytechnique in Paris studiert, bevor ich am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden im Bereich theoretischer Physik promoviert und dort auch im Rahmen von Post-Doc-Studien weiter auf dem Gebiet der nichtlinearen Dynamik geforscht habe. Vorher hatte ich auch auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorien und Teilchenphysik gearbeitet. Unterdessen lebe ich seit nahezu 20 Jahren in der Schweiz. Seit zahlreichen Jahren beschäftigte ich mich mit Grenzfragen der modernen (sowie historischen) Wissenschaften. In meinen Büchern, Blogs und Artikeln konzentriere ich mich auf die Themen Naturwissenschaft, Philosophie und Spiritualität, insbesondere auf die Geschichte der Naturwissenschaft, ihrem Verhältnis zu spirituellen Traditionen und ihrem Einfluss auf die moderne Gesellschaft. In der Vergangenheit habe ich zudem zu Investment-Themen (Alternative Investments) geschrieben. Meine beiden Bücher „Naturwissenschaft: Eine Biographie“ und „Wissenschaft und Spiritualität“ erschienen im Springer Spektrum Verlag 2015 und 2016. Meinen Blog führe ich seit 2014 auch unter www.larsjaeger.ch.

22 Kommentare

  1. Google demonstriert mit den 53 funktionierenden QBits (54 waren geplant, funktioniert haben nur 53) des Quantenchips Sycamore vor allem das Potential des Quantencomputings. Die Hürden, die es zu überwinden gilt, um zu praktisch einsetzbaren Quantencomputern zu kommen, sind hoch – aber durchaus in den nächsten Jahrzehnten überwindbar.
    In der unmittelbaren Zukunft wird nicht Quantencomputing, sondern werden etwa Quantenkommunikation oder Quantenradar ( https://en.m.wikipedia.org/wiki/Quantum_radar ) zu Produkten führen, die unser Leben und unsere Technologie verändern.

  2. Also was der “Quantencomputer” bei Google jetzt wirklich leistet ist wohl eine offene Frage.
    Wahrscheinlich mehr Hype als sonst irgend etwas.

  3. Es ist wohl etwas Hype bei Google.
    Laut Google wurde ein Algorithmus mit 100 Zeichen getestet. Aber Google sagt nicht, warum sie den Algorithmus nach dem Test mit 3 Minuten Ergebnis als Knack-Zeit, schon wieder gelöscht haben. War der Algorithmus ein Wurm, der sich nach 3 Minuten wieder verändert hat als Passwort?! (Bleibt wohl offen.) Fest steht aber, dass ein Quantencomputer 100 Zeichen nicht knacken kann, wenn es eine Blockchain ist, oder wenn im Passwort ein beliebiges kleines Programm eingebettet ist, oder wenn es sogar ein Wurm ist als Passwort. Sowas würde nur mit Linux/Unix gehen.

  4. Nun, realistisch betrachtet ist der so genannte Quantencomputer nach wie vor …science fiction, pure Fantasie. Die sehr vage benannte Lösung einer abstrakten Aufgabe, die offensichtlich wenig bis gar nicht beschrieben wird (?!?), passt zwar gut zum heutigen Mainstreamverstand »nichts wissen aber alles toll finden« hat aber mit der Anwendungs-Realität keinerlei Berührung.

    Wenn Laien auf die QM verweisen, wie und warum ein Quantencomputer funktionieren soll, dann ist das bezüglich des Informationsgehaltes so, als wenn Quallen aus dem Meer das Ski-Fahren erklären.

    Der „Blogger-Kollege“ Thilo “auf” scienceblogs, der Mathematiker ist, hat folgendes dazu geschrieben…

    Als Mathematiker würde mich ja interessieren, welches Problem dort eigentlich gelöst wurde. Leider ist die Vorveröffentlichung „Quantum supremacy using a programmable superconducting processor”, die kurzzeitig auf der Webseite der NASA zugänglich gewesen sein soll, dort wieder entfernt worden. In den Presseberichten wird gesagt, der Prozessor habe bewiesen, dass eine Zufallszahlenfolge tatsächlich zufällig sei. Mir ist nicht klar, wie das zu verstehen ist. Link: http://scienceblogs.de/mathlog/2019/09/28/was-hat-sycamore-berechnet/

    Also liebe Quantencomputer-Freunde, bitte in wenigen Worten… Was hat der Quantencomputer berechnet?

    Ansonsten
    … dream on…maybe you will meet Captain Kirk in your fantasy and he’ll give you a ride to the next black hole…

  5. Sollte man unbedingt dazu sagen, dass beim Stand der Technik heute, für jedes einzelne wirksam werdende Quit etwa 100 weitere Qubits zur Fehlerkorrektur dazugestellt werden. Ob und wie rasch wir das zu verbessern in der Lage sind, bleibt zu sehen. Darum sagt zum Beispiel die Maschine von D-Wave mit ihren 2000 Qubits noch recht wenig aus.

  6. Ich weiß nicht warum alle bei Quantencomputer Nachrichten so negativ und abweisend reagieren. Natürlich ist die Anwendung dieser noch in weiter Ferne, aber wie bei Fusionkraftwerken ist der Beweis erbracht, dass es möglich ist.
    Es war ein Experiment! Alle momentanen Quantencomputer sind Experimente über Machbarkeit und Verfahren.

    ” Markweger
    29.09.2019, 11:52 Uhr

    Also was der “Quantencomputer” bei Google jetzt wirklich leistet ist wohl eine offene Frage.
    Wahrscheinlich mehr Hype als sonst irgend etwas.

    Was soll er denn leisten? Nichts! Es ist ein Versuchsaufbau. Leisten sollte er genau das was er getan hat. Und das erfolgreich. Nun können darauf Schlüsse für die Weiterentwicklung gezogen werden.

  7. Schlimm daran ist einzig, dass die mögliche neue Führungstechnologie bereits in ihren Kinderschuhen einem Monopolisten gehört.

    DEM derzeit größten Informationsmonopolisten.

    So etwas gehört in die Hand der Menschen, also der öffentlichen Forschung, und nicht in die Hand des Kapitals.

    Eine quantengestützte KI mit all dem von uns freiwillig gespendeten Wissen über uns selbst.
    Wissen ist Macht…

    Wehe wenn ich auf das Ende sehe… (W. Busch sah es kommen…)

    (oh wei, ein Schwarzseher……..!)

  8. und was wenn man jetzt cortana auf dem Qomputer laden würde? ist das der begien vom künstlichem bewusstsein

  9. 1.Dass kann der Herr Qubitsneck nicht unversputtnickt lassen. Optimale Lösungen sind keine Lösungen, sondern in der Fitnessrehabillietation alsNahrungsergaenzungsmittelzumzweck eingesetzt und werden als “Opti
    man” fuer optimales eingesetzt, als ob die “males” maennlich sind. Lebensmittel wären eh besser. Eine Lösung ist eine Lösung, basta, 1 und 1 ist 1, alles ist eins, verschränkt Euch mal, und dann loslassen. Optimaler Quantenquark,ganz schwarze Materie.

    2. Optimierung von Verkehrsflüssen”, highliges Gebimsel, hier auf diesem Kanal um diese Zeit sollte nicht so schamlos über quantensex gesprochen werden,
    zumal die optimalste Verkehrsflussoptimierung an mangelnden Flussautos scheitert und zudem die beste Verkehrsoptimierung eine verkehrsberuhigte Zone ist, brauch man auch keinen Quantenfokus, das ist Missbrauch. Und Miss brauch Ruhe,sonst verschränkt die mich ungeparkt im leeren Raum und ich muss dem Quarks wieder zuhören.

    3. Geht mir auch so, zugegen. “harte, kombi-natorische Optmierungsproblematicken in den tiefen neuronalen Netzen der künstlichen Intelligents ist´n echtes Männerthema. Muss man seine Finger eigentlich sehr verschränken auf so´ner Quantentastatur, und wieviel Qubitsnecks braucht es, um alle Zustände gleich , zeitig, und dann wäere es ja doch anders wenn man dabei zu sieht. Scheisse,´n AntiPROblem, naja, ist schon spät, und ich war auch nicht mehr der jüngste,gestern, um diese Zeit von morgen. Naee, keine QBitsneckereien jetzt, künstlerische feminomale Intelligents sind mir da lieber.#

    4.Wer brauch noch grössere Zahlen, die man ohne atemberaubt zu sein gar nicht mehr ausprechen, geschweige denn in die verschränkten Finger nehmen kann ,zumal mit einer stattlichen Versicherung im Gepäck, einen Eid drauf, dass die kleinen Zahlungen mit riesigen Zahlungen verschraenkt waren, als ich sie in den Doppelspalt der Gigantobanken schickte. Habt ihr nachgeguckt? Menno, darf man doch gar nicht, selbst schuld. Naja, vielleicht hilft ja der lovegroove All GoArythmus eucH ´A TEMP BERAUBT zeitich im Lehrenraum zu saen, rechnet mit grossem !
    ,
    5. Man, wass fuer ein schwach Sinn , das hat eher mit Kuhbits zu tun WIE die lila Q von Milka als mit zeitgenöschisser Physik. Wo kan man sich konfigurierende Elektronen anschauen, unterm Zasterelekdrohnenmikroskopp an der Universität der Mollekullafüsicker?
    Mann, ihr verschränkt Teilchen mit Quanten von Tanten und schickt phot ohnen durch Doppelspalte , und behauptet dann, da gaebe es noch unbeiteiligte Elektronen. Dass iss mir zu Schlauby Schlumpf mit verschränkten acht Fingern gerechnet, lasst euch dass von Papa Schlump gesagt sein ! Und ne Untervesorgung an Batterien von Medikamenten kann ich auch nicht sehen, da kriech Quantenmasern, aber gestern noch !

    Hast schon´n nen Sinn fuer verschränkten Humor ,Problemstellungen in der verschränkten Natur mannzusprechen, naja, siehe 2. , hatten wir schon, die Natur hat gar kein Problem. Weil ganz ohne Qbits, und die glaubt auch nicht jedeM qUARKS; dU Dagobert vom Erpelsmannverlag bei random House and der Springeruniwaersietät,kein Universum,sondern Diversität , und der Wissenschaftsteil deiner Lügenfresse…aeh Lügenpresse beschränkt sich unverschränkt auf optimales nacktes Gebimsel im Feuchtgebiet der PfirsichapfelMandelfracktale, viel Masse, alles kein Gewicht. Da christ die Quanten nicht mehr hoch, mit wirrduollen Grüssen, Du rück rechts aus dem schwarzen Loch dann grüsst der Herr Qubitsneck zwar nicht ein Studirrt doch unbeschrankt statt dreistverwirrt mit GeldungsDrang.

  10. Ich bin nur ein Otto Normalo, der von all dem nichts versteht. Und ich bin froh, das ich 50 bin und nicht 20. Denn wenn all diese Zukunftsvisionen wahr werden, werde ich zum Glück nicht mehr hier sein. Ist das was da angestrebt wird, wirklich noch Leben?? Fortschritt in allen Ehren, aber alles um jeden Preis? Auf der einen Seite wird gekämpft all das Leben und die Welt zu erhalten so wie sie ist. Wofür eigentlich? Wenn wir statt mit Menschen zukünftig mit Maschinen kommunizieren, wenn wir in alles künstlich eingreifen?? Es ist traurig was in unserer Welt nur wegen des Geldes, des Ruhms und der Macht kaputt gemacht wird. Ich lebe gerne in dieser Welt so wie sie ist. Und wir sollten nicht ständig versuchen diese Welt zu ändern so wie einige sie gerne wollen. Das wollte ich nur mal kurz los werden und nun weiter viel Spaß beim fachsimpeln.

  11. @Heinrich Peter Maria Radojewski Schäfer von Leverkusen (Zitat): Sollte man unbedingt dazu sagen, dass beim Stand der Technik heute, für jedes einzelne wirksam werdende Quit etwa 100 weitere Qubits zur Fehlerkorrektur dazugestellt werden.
    Heute wird die (fehlende) Fehlerkorrektur durch x-Maliges Wiederholen der Quantenberechnung ersetzt. Man spricht von Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) technology

  12. Interessanter Artikel, man wird sicher noch viel von Quantencomputern hören und lesen. Doch trotz seiner hohen Qualifikation könnte Herr Jaeger in seinem Beitrag
    eine vernünftige Rechtschreibung und Orthographie benutzen.
    Selbst bei zügiger Abfassung eines solchen Artikels, solche Rechtschreibfehler müssen nicht sein, die Fälle sollten schon stimmen.
    Also- eine Maschine ist nur so gut, wie der Mensch der sie programmiert oder vor ihr sitzt. Und ein Computer kann auch die Probleme lösen, die man ohne ihn nicht hat!

  13. @ Otto Normalo ,

    in einigen Dingen stimme ich Ihnen zu : Für uns Fünfziger wird diese Zukunft nicht sehr lebenswert sein , also auch nicht erstrebenswert !
    Von daher bin auch ich froh wenn ich dereinst abtrete in dem Bewußtsein ” meine Welt ” noch erlebt zu haben .
    Ich möchte heute schon nicht so durch`s Leben taumeln wie die Smartphonegeneration , aber …. die Aussicht auf künstliche Intelligenz macht Mut . Zum Einen , weil man keine menschliche jemals finden wird , zum Anderen weil jede künstliche Intelligenz zu dem Schluss kommen wird daß der Mensch als Zerstörer dieses Planeten völlig unnütz ist und daher überflüssig wie der berühmte Kropf ist . Geben Sie mal im Internet ein ” Wozu ist der Mensch nützlich ” , und dann ” Wozu sind Zecken nützlich ” . Das Ergebnis wird ersatunen !

  14. Alles schön und gut, aber das ist doch kein “Sputnik-Moment”.

    Der Sputnik-Moment beschreibt die Panik der Amerikaner 1957 als die Sowjetunion den Sputnik ins All schoß. Das hieß nämlich, dass Raketen theoretisch von Russland oder aus dem All amerikanischen Boden treffen konnten.

    Der Vergleich mit dem hier beschriebenen Quantencomputer hinkt doch.

  15. Sabine Hossenfelder schreibt auf ihrem Backreactions-Blog ( http://backreaction.blogspot.com/2019/06/quantum-supremacy-what-is-it-and-what.html ) zum Quantencomputing: Ich bin nicht sehr optimistisch, dass Quantencomputer in naher Zukunft praktische Anwendungen finden werden. Tatsächlich bin ich derzeit sehr besorgt, dass Quanten-Computing den gleichen Weg gehen wird wie die Kernfusion, dass es für immer vielversprechend bleiben wird, aber nie ganz funktionieren wird.

    Dennoch wird die Quantenüberlegenheit für ausgewählte Probleme ohne Zweifel ein spannender wissenschaftlicher Meilenstein sein.

    So ist es, denn wie von der Fusion als zukünftiger Energiequelle spricht man auch vom Quantencomputing als zukünftiger Informationstechnologie schon einige Jahrzehnte und wie bei der Fusionsforschung braucht es “nur” noch einige grosse Durchbrüche um die Resultate der Forschung ernten zu können.

    Bei der Fusionsforschung sind die nötigen Durchbrüche stärkere supraleitende Magnete bei Tokamaks oder Petawatt-Laser bei der Laserfusion, beim Quantencomputing sind die nötigen Durchbrüche die reproduzierbare Realisation von QBits hoher Zuverlässigkeit und extrem kleiner Fehlerrate und die Skalierung von einigen dutzend QBits auf einige hunderttausend.

    Da es Quantencomputing-Anstrengungen erst seit wenigen Jahrzehnten gibt, glauben heute noch viele an den grossen Durchbruch in den nächsten Jahren während bei der nuklearen Fusion inzwischen kaum noch jemand an einen Durchbruch vor dem Jahr 2050 glaubt.

  16. Einen wesentlichen Unterschied zwischen der Situation in der Fusionsforschung und in der Quantentechologie gibt es: Die Quantentechnologie umfasst sehr viel mehr als nur das Quantencomputing mit Quantenregistermaschinen (Googles Sycamore ist eine Quantenregistermaschine).
    Zu den vielversprechenden Quantentechnologien gehören:
    Bau von Quantensimulatoren: Diese simulieren die Verhältnisse in einem Vielteilchen-Quantensystem (z.B. einem Molekül oder in einer Supraleitungssituation) in einem überschaubaren Labormodell.
    Quantum Kommunikation: Dazu gehört die Quantenkryptographie und die absolut abhörsichere Übermittlung von Information
    Quantum Sensing: ( https://arxiv.org/pdf/1611.02427.pdf ) Das Ausnützen von Quanteneffekten um besser zu sehen (Quantum Radar), besser zu messen (beispielsweise schwache Magnetfelder messen) und präziser zu messen (Ausnutzen von Quanteneffekten in Atomuhren).

    Wir sprechen hier von der zweiten Quantenrevolution – der Revolution nämlich, die nicht mehr bei der umwälzenden Theorie stehenbleibt (wie die 1.Quantenrevolution), sondern die die umwälzende Theorie in umwälzende Anwendungen umsetzt. Diese zweite Quantenrevolution ist schon lange losgegangen. Allerdings betrifft sie unseren Alltag nur indirekt. Eben so wie präzisere Atomuhren oder die Messung allerkleinster Magnetfelder unseren Alltag indirekt beeinflusst.

  17. John Preskill sieht in Googles Demobeispiel von Quanten Überlegenheit (Quantum Supremacy) vor allem eine Demonstration, dass ihr Quantum-Chip korrekt rechnet – etwas was bei Quantencomputern nicht selbstverständlich ist, denn der kleinste störende Einfluss (quasi das Husten eines vorbeigehenden Menschen) kann die ganze Berechnung ruinieren und zu falschen Resultaten führen. Von praktischer Bedeutung ist ihr Rechenbeispiel, der von ihnen eingesetzte Algorithmus, alllerdings nicht.

    Zitat aus Why I called it Quantum Supremacy (übersetzt von DeepL aus https://www.quantamagazine.org/john-preskill-explains-quantum-supremacy-20191002/ ):

    Durch die Überprüfung, ob die Leistung ihres Quantencomputers mit der Leistung eines klassischen Supercomputers übereinstimmt (in Fällen, in denen es nicht Tausende von Jahren dauert), hat das Team überprüft, ob sie ihr Gerät verstehen und ob es so funktioniert, wie es sollte. Jetzt, da wir wissen, dass die Hardware funktioniert, können wir mit der Suche nach weiteren nützlichen Anwendungen beginnen.

    John Preskill hat ja den Terminus Quantum Supremacy und NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum Computing) geprägt und sich im Artikel, den er 2012 dazu geschrieben hat, gefragt (Zitat):

    Ist die Steuerung großer Quantensysteme nur sehr, sehr schwer, oder ist sie lächerlich schwer?

    Im ersten Fall könnten wir es schaffen, nach einigen Jahrzehnten harter Arbeit große Quantencomputer zu bauen. Im letzteren Fall werden wir vielleicht für Jahrhunderte, wenn überhaupt, nicht erfolgreich sein.”

    Er kommt nun zum Schluss:

    Die jüngste Leistung des Google-Teams stärkt unsere Zuversicht, dass Quantum Computing nur wirklich, wirklich schwer ist. Wenn das wahr ist, wird sich in den kommenden Jahrzehnten eine Vielzahl von Quantentechnologien entfalten.

    Fazit: John Preskill sagt Quantencomputing eine grosse Zukunft in den kommenden Jahrzehnten voraus.Jeder, der 2050 noch lebt, kann das dann überprüfen.

  18. Was kann man mit kleinen Quantencomputern wie Googles Sycamore sinnolles tun?
    Das ist eine wichtige Frage, denn fehleranfällige, verrauscht arbeitende kleine Quantensysteme werden in den nächsten 10 bis 20 Jahren alles sein was den Quantenenthusiasten zur Verfügung stehen wird. Der Nature-Artikel Beyond quantum supremacy: the hunt for useful quantum computers ( https://www.nature.com/articles/d41586-019-02936-3 ) berichtet über Forscher, die an Quanten-Algorithmen arbeiten welche Nutzen aus solch kleinen Quantencomputern ziehen, wie sie in den nächsten Jahrzehnten zur Verfügung stehen werden. Dort liest man dazu (Zitat):

    NISQ-Systeme [Noisy Intermediate-Scale Quantum-Systeme] werden nicht in der Lage sein, chemische Simulationen in vollem Umfang durchzuführen. In Kombination mit herkömmlichen Computern könnten sie jedoch einen Vorteil gegenüber bestehenden klassischen Simulationen aufweisen. “Der klassisch harte Teil der Simulation wird auf einem Quantenprozessor gelöst, während der Rest der Arbeit auf einem klassischen Computer erledigt wird”, sagt de Jong.
    Diese Art von Hybridansatz ist der Ort, an dem Aspuru-Guzik seinen Ruhm erlangte. Im Jahr 2014 entwickelten er und seine Kollegen einen Algorithmus namens Variational Quantum Eigensolver (VQE)2, der mit herkömmlichen Maschinen Schätzungen optimiert. Diese Vermutungen können etwa der kürzeste Weg für einen reisenden Verkäufer, die beste Form für einen Flugzeugflügel oder die Anordnung der Atome sein, die den niedrigsten Energiezustand eines bestimmten Moleküls darstellt. Sobald diese beste Schätzung identifiziert wurde, durchsucht die Quantenmaschine die nahegelegenen Optionen. Die Ergebnisse werden auf die klassische Maschine zurückgeführt, und der Prozess wird fortgesetzt, bis die optimale Lösung gefunden ist. Als eine der ersten Möglichkeiten, NISQ-Maschinen einzusetzen, hatte VQE einen unmittelbaren Einfluss, und die Teams haben es an mehreren Quantencomputern eingesetzt, um molekulare Grundzustände zu finden und die magnetischen Eigenschaften von Materialien zu erforschen.

    Wie beschleunigt man die Entwicklung von vielversprechenden, aber schwierig zu realisierenden Technologien
    Es gibt Ähnlichkeiten zwischen der Entwicklung von Quantencomputern und der Entwicklung der nuklearen Fusion. Beide Gebiete versprechen Grosses, aber dieses Grosse kann nur erreicht werden wenn gewaltige Schwierigkeiten überwunden werden. Und in beiden Gebieten gibt es ganz unterschiedliche Ansätze.

    In der Fusionsforschung etwa den Magneteinschluss von Fusionsplasmen, die Laserfusion, die Fusion mittels Megaampere-Strömen, die durch ein Plasma gejagt werden oder die Plasmajet-getriebene Fusion.

    Beim Quantencomputing wiederum kann man verschränkte Zustände mit supraleitenden Materialien und Strömen erreichen, mit Ionen im Hochvakuum, mit Photonen in photonischen Materialien oder aber man benutzt Anyonen als Quasipartikel in topologischen Isolatoren.

    Mir scheint, es ist falsch zu viel Energie in nur einen Ansatz zu investieren. Es ist also falsch in der Fusionsforschung allzuviel Geld in den magnetischen Einschluss von Plasmen in Tokamaks zu investieren.

    Statt dessen sollten die verschiedenen möglichen Ansätze durch ganz verschieden Teams parallel verfolgt werden. Das gleiche gilt auch für die Quantenrechnerforschung. Wenn es mit supraleitenden Quantenrechnern nicht funktioniert, kann es ja immer noch mit Photonik, mit Ionen oder NV-Zentren (Nitrogen-Vacancies) in Diamanten als Qbits funktionieren.

    Take-Home-Point: Lasst hundert Blumen blühen.

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