Keynote von Michael Marthaler auf der BASTA! 2017

Der Quantencomputer: Vision und Wirklichkeit
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Sind Quantencomputer realisierbar? Wofür können sie eingesetzt werden? Mit diesen Fragen befasste sich Keynote-Speaker Michael Marthaler auf der BASTA! 2017.

Quantencomputer sind eines der großen Themen dieser Woche: Im Rahmen seiner Keynote auf der BASTA! 2017 befasste sich Michael Marthaler mit dem Thema „Der Quantencomputer: Vision und Wirklichkeit“. Marthaler beleuchtete zwei zentralen Fragen zu diesem Thema: Sind Quantencomputer möglich? Und: Was macht man eigentlich damit? Außerdem gab es am Montag auf der Microsoft Ignite 2017 Neuigkeiten zu diesen Systemen. Noch in diesem Jahr will Microsoft eine neue Programmiersprache für das Quanten-Computing in Visual Studio integrieren.

Quantencomputer: Möglich oder nicht?

Die Antwort, ob Quantencomputer möglich sind, wurde 2014 beantwortet, wie Marthaler auf der BASTA! erklärte. Quantencomputer besitzen eine immense Rechenleistung, sind jedoch auch fehleranfällig. Dies stellte bis 2014 das größte Problem der Technologie dar. In Sachen Rechenleistung beschrieb Marthaler das Potenzial wie folgt: Mit Quantencomputern könnten Berechnungen, die mit der gesamten herkömmlichen Rechenleistung der Welt so lange dauern würden, wie das Universum alt ist, in wenigen Stunden erledigt werden. Ein Anwendungsfall dafür wäre die Kryptographie. Während der Entschlüsselungsaufwand bei komplexer Kryptographie mit herkömmlichen Rechnern exponentiell wächst, bleibt er mit Quantencomputern überschaubar. Bis 2014 war die Realisierbarkeit von Quantencomputern jedoch fraglich.

BASTA! 2017 Keynote: Sind Quantencomputer möglich?

Die zentrale Schwierigkeit auf dem Gebiet der Quantencomputer liegt in ihrer Fehleranfälligkeit. Genau hier erfolgte 2014 der große Durchbruch; seitdem ist bekannt, wie ein fehlerfreier Quantencomputer erzeugt werden kann. Das ist allerdings heute noch nicht praktisch umsetzbar: Die heute vorhandenen 20 Qubits reichen dafür noch lange nicht – für ein fehlerfreies System sind 50.000 bis 50.000.000 Qubits notwendig. Hier verwies Marthaler jedoch darauf, dass die Rate der Fehlerfreiheit nicht für jeden Anwendungszweck gleichermaßen hoch sein muss. Bereits heute gebe es Quantencomputer, auf die man über das Internet zugreifen könne; viele Unternehmen forschen an dem Thema. Bis ein fehlerfreies System möglich sei, werden jedoch noch 17 bis 24 Jahre vergehen, wenn man von einer Verdopplung der Rechenleistung pro Jahr ausgehe, so Marthaler.

Die Natur abbilden

Dennoch gibt es bereits jetzt Anwendungszwecke für die Systeme. Marthaler selbst arbeitet an der Simulation von Molekülen. Damit steht er in guter Tradition: Zu Beginn seines Vortrags zitierte er den Physiker Richard Feynman, der bereits vor Jahren sagte, dass zur exakten Erfassung der Natur keine klassischen Rechensysteme geeignet seien, sondern Quantensysteme notwendig wären.

Für die Simulation von Molekülen braucht es laut Marthaler keine volle Fehlerkorrektur, wie sie in Zukunft zu erreichen sein werde. Als weiteres mögliches Anwendungsfeld hat der Speaker außerdem den Bereich des Machine Learnings benannt – die Zeit für die Erfassung und Verarbeitung immenser Datenmengen, wie sie dem Machine Learning bereits heute zugrunde liegt, sinkt in Quantensystemen natürlich massiv.

Maschinensprache für Quantencomputer

Die Systeme sind jedoch noch nicht ausgereift. Das demonstriert der Keynote-Speaker auch anhand der typischen Programmiersprachen für Quantencomputer. Diese weisen, so Marthaler, Ähnlichkeit mit Assambler auf; eine Sprache, die unter den Teilnehmern der Keynote inzwischen kaum mehr bekannt war; als Lowlevel-Sprache spielt sie kaum noch eine Rolle. Konventionelle Computersysteme haben inzwischen einen Reifegrad erreicht, auf dem zahlreiche Programmiersprachen benutzt werden können; Marthaler sieht Quantencomputer aber noch nicht auf dieser Stufe angelangt und hält es noch immer für nötig, mit Hardware-nahen Programmiersprachen zu arbeiten. Die Hardware sei noch nicht so weit, dass Highlevel-Sprachen damit benutzt werden können.

Microsofts Ankündigung einer Quanten-Computing-Programmiersprache für Visual Studio geht hingegen in eine andere Richtung; hier geht es darum, einen konrekten Usecase zu schaffen und die Technologie zugänglich zu machen; die Sprache ordnet Marthaler als Ansatz zur Entwicklung eines Stacks für die Highlevel-Programmierung ein. Angedacht ist laut der Pressemitteilung von Microsoft eine Nutzung von Quanten-Computing für moderne Simulationen und das Debugging, sowohl lokal als auch in der Azure Cloud. Die neuen Tools für das Quanten-Computing sollen Ende 2017 kostenlos zur Verfügung stehen.

Visual Studio und die Zukunft der Quantencomputer

Quantencomputer sind realisierbar, so lautet das Fazit der Keynote, und es scheint nur eine Frage der Zeit zu sein, bis sie eine volle Fehlerkorrektur besitzen werden. Anwendbar sind die Systeme heute auf Bereiche mit hoher Fehlertoleranz, das große Potenzial ist klar; eine eindeutige Antwort darauf, wo die wichtigsten Nutzungsbereiche der Systeme liegen wird, konnte Marthaler jedoch nicht geben. Er meint, dass es in der nahen Zukunft wichtig sein wird, Anwendungsfälle in der Größenordnung von 100-1000 Qubits zu finden, also solche, die keine volle Fehlerkorrektur erfordern. Die Ankündigung von Microsoft zeigt jedoch, dass das Interesse an den Systemen nach dem großen Durchbruch 2014 nun langsam auch den Mainstream erreicht.

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