Newsletter_Initiative_Wissen

Ausgabe 16 | November 2019

Newsletter_Initiative_Wissen_16_1

Gerade erst 116 Jahre sind vergangen

Zwölf Sekunden dauerte das Experiment, dann landete Orville Wright mit der »Flyer I« wieder am Strand von North Carolina. Sie war nur 37 Meter weit geflogen – und doch eine der größten technischen Meisterleistungen ihrer Zeit. Die Flugmaschine Wrights lieferte 1903 den Beweis, der die Welt verändern sollte: Fliegen war auch für uns Menschen machbar. Das Zeitalter der motorisierten Luftfahrt war angebrochen.
Newsletter_Initiative_Wissen_16_2

September 2019

Beide Fotos zeigen den Beginn neuer Technologien, die die Welt verändert haben bzw. verändern werden. Was vor wenigen Tagen in den USA passiert ist, dürfte wohl eine ähnliche Tragweite haben. In einem Experiment gelang es Googles Quantencomputer »Sycamore«, eine Aufgabe in nur 3 Minuten und 20 Sekunden zu lösen, für die die schnellsten Supercomputer von heute 10.000 Jahre gebraucht hätten. Wie hat »Sycamore« das geschafft?

Quantencomputer sind ungeheuer schnell

Alle herkömmlichen Computer arbeiten bisher auf Basis von Bits – das sind kleinste Speichereinheiten, die entweder den Wert 0 oder 1 annehmen. Quantencomputer hingegen arbeiten mit Qubits, die in der Lage sind, sich in einen Zwischenzustand aus 0 und 1 zu begeben – die sogenannte »Superposition«. Dass etwas in mehreren Zuständen gleichzeitig existiert (also 0 und 1), ist für uns Menschen schwer zu verstehen, denn es geht über die klassische Schulphysik hinaus und nutzt die Quanteneigenschaften subatomarer Teilchen. Das bedeutet: Qubits können miteinander verschränkt werden, sodass eine Änderung an einem gleichzeitig auch ein anderes beeinflusst. Spielen beide Eigenschaften zusammen, erhöht sich, sehr vereinfacht gesagt, die Rechenleistung drastisch. Während auch die schnellsten herkömmlichen Prozessoren Aufgaben nur nacheinander bewältigen können, schaffen Quantencomputer Millionen von Aufgaben gleichzeitig.

Bis zu Googles Experiment war das Ganze jedoch wenig mehr als graue Theorie. Sobald das Paper dazu offiziell erscheint, dürfte die Überlegenheit von auf Qubits basierenden Computern gegenüber herkömmlichen (»Quantum Supremacy«) als bewiesen gelten. Es ist nicht weniger als ein technologischer Meilenstein und Beweis, an dem Forscher weltweit schon lange arbeiten und der wohl als Startschuss für das Zeitalter der Quantencomputer in die Geschichtsbücher eingehen wird.

Was Quantencomputer können – und was nicht

Bis zur ersten echten Anwendung kann jedoch noch einige Zeit vergehen. Forscher wie der Physikprofessor Steven Bartlett der University of Sydney schätzen, dass in den nächsten fünf Jahren die ersten Einsatzgebiete gefunden werden.
  • Forschung:
    Die zusätzliche Rechenpower dürfte vor allem in der Forschung Anwendung finden. Denn hier müssen komplexe und sehr spezielle Simulationen durchgeführt werden. Quantencomputer könnten dabei helfen, Rechenprobleme der Mathematik zu lösen, neue Medikamente oder neue Materialien zu entwickeln – vielleicht sogar endlich die günstige und effektive Batterie, die E-Autos weltweit zum Durchbruch verhilft.
  • Künstliche Intelligenz:
    Selbstlernende Algorithmen benötigen viel Zeit und große Datenmengen, um Aufgaben zu bewältigen. Quantencomputer könnten hier in Zukunft eine drastisch schnellere Lernkurve ermöglichen und so endlich Anwendungen perfektionieren, bei denen KI heute schon eingesetzt wird.
  • Finanzwelt:
    Mit Quantencomputern sind Verschlüsselungen in nie geahnter Komplexität möglich. Das könnte die Basis einer neuen Art von Finanztransfer sein, der besonders sicher ist. Große Finanzdienstleister wie Citigroup investieren bereits jetzt in die Technologie.
Das sind nur drei Anwendungsgebiete, viele weitere dürften noch erschlossen werden. Denn wie die Gebrüder Wright am Strand von North Carolina noch keine modernen Jumbojets vermuten konnten, so lassen sich in einer Welt der Bit-Computer kaum alle Anwendungen von Qubits erahnen.

Googles Experiment hat auch die Schwachstellen von Quantencomputern deutlich aufgezeigt: Sie sind zwar unglaublich schnell, aber auch noch sehr fehleranfällig. Schließlich brauchen sie perfekte Laborumgebungen und Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunkts von −273,15 Grad Celsius. Auch war Googles Testcomputer ganz auf eine einzige Aufgabe spezialisiert – mehr als die eine sehr komplexe Rechenoperation konnte er nicht lösen. Ein klarer Nachteil gegenüber normalen Computern, die die Basis für unzählige Anwendungen und Apps sind.
Abschließend finden Sie hier 15 Zitate zur Quantenphysik (Link).

Peter Grabandt/Redaktion Initiative Wissen
MailPoet