2019-10-31 4 Minuten

Wer hat Angst vorm Quantencomputer? Ich.

Das “Mein Papa ist viel besser als deiner” der Tech-Riesen.

In der Menge der Buzzwörter, die heutzutage durch die Medien fliegen, muss sich der Quantencomputer nicht verstecken.

Quanten. Ooooooooooh. Aaaaah.

Alleine auf dem Innovations-Festival Fifteen Seconds habe ich mir letztes Jahr 2 Talks zu dem Thema angehört.

Und jetzt kommt Google und gibt bekannt, dass sie die Quantum Supremacy, also die Überlegenheit des Quantencomputers zum klassischen Computer erreicht haben.

Und IBM – Google’s großer Konkurrent im Bereich Quanten – nur so: “Neee, habt ihr nicht.”

Das “Mein Papa ist viel besser als deiner” der Tech-Riesen.

Was ist Quantum-Supremacy?

Quantum-Supremacy ist der Moment, indem ein Quantencomputer ein Problem lösen kann, das normale Großrechner nicht, oder nur in extrem langen Zeiträumen lösen können.

Google beschreibt in ihrem Paper, dass ihr Quantencomputer ein Problem in 3 Minuten und 20 Sekunden gelöst hat. Ein normaler Supercomputer hätte dafür 10.000 Jahre gebraucht.

IBM argumentiert, dass ein Großrechner das Problem in Wirklichkeit in 2,5 Tagen lösen könnte.

Anstatt dem Faktor 1.576.800.000, sei der Quantencomputer in Wirklichkeit nur um den Faktor 1.080 schneller.

Aber anstatt unsere Supercomputer-Quartett-Karten zu vergleichen, sehen wir uns lieber an, warum der Quantencomputer eigentlich so einen Hype erzeugt.

Bits und Qubits

Unsere traditionellen Computer basieren auf den sogenannten Bits. Ein Bit hat zwei Ausprägungen:

  • 0
  • 1

Du kannst dir ein Bit wie einen Lichtschalter vorstellen. Ein, Aus. Strom, kein Strom. Eigentlich noch relativ leicht zu verstehen.

Ich habe das hier nochmal für dich illustriert. Jetzt wird es nämlich interessant. Bitte jegliches Wissen darüber, wie die Welt funktioniert, an der Tür abgeben.

Das Qubit, also die Quanten-Version des Bits, hat nämlich ein paar interessante Eigenschaften.

Ein Qubit kann gleichzeitig zwei verschiedene Zustände haben.

Es ist also ein Schalter, der gleichzeitig an und aus sein kann.

What.

Es kommt noch besser: Erst wenn man den Schalter beobachtet (misst), entscheidet er sich für einen der beiden Zustände.

Ich habe das hier ebenfalls für dich illustriert:

Wie das genau funktioniert, kannst du hier nachlesen. Ich habe es versucht, und bin gescheitert.

Gut, die technischen (oder philosophischen) Details überlasse ich lieber den Profis.

Aber die Auswirkungen dieser seltsamen Eigenschaften kann ich dir erklären:

Multitasking

Unsere Computer können keine 2 Aufgaben gleichzeitig erledigen. Auch wenn es für uns so wirkt, im Endeffekt wird jede Aufgabe, die der PC erledigen muss, in extrem kleinen Zeitabschnitten berechnet bzw. durchgeführt. Gut, mit mehreren CPUs laufen zwar schon immer mehrere Berechnungen parallel, dafür müssen die beiden CPUs auch irgendwie koordiniert werden.

Was bedeutet das? Es gibt Berechnungen, die sind so komplex, dass sie ein klassischer Computer – weil er eben nicht wirklich parallel arbeitet – nicht, oder nur in extrem langen Zeiträumen schafft. Eben 10.000 Jahre (oder 2,5 Tage).

Der Quantencomputer hingegen macht sich die Eigenschaft der Qubits zu Nutze: er kann wirklich parallel Berechnungen anstellen.

Das klingt initial vielleicht nicht wirklich nach einer bahnbrechenden Innovation. Ist sie aber. Haltet euch fest.

Auswirkungen des Quantencomputers auf die Wissenschaft

Ein Kollege von mir hat früher Programme geschrieben, die die Faltung von Proteinen berechnen. Laufzeit eines solchen Programmes? Gemessen in Wochen. Auf einem Großrechner der Universität, nicht am Laptop zu Hause.

In der Wissenschaft gibt es viele dieser Probleme, die sogar mit heutiger Rechenleistung nur ungenügend berechnet werden können. Mir würde es keinen Spaß machen, 12 Stunden auf ein Ergebnis zu warten.

Medizin, Biologie, Astronomie, Künstliche Intelligenz, selbstfahrende Autos. Das alles sind Bereiche, in denen wir eigentlich noch zu wenig Rechenleistung haben. Oder: In denen eine neue Art von Computer zu Durchbrüchen verhelfen kann.

Also alles gut in der Quantenwelt? Warum habe ich dann Angst vorm Quantencomputer?

Weil der Quantencomputer ebenfalls massive Auswirkungen auf etwas haben wird, was wir täglich verwenden: Das Internet.

Quantencomputer und IT-Sicherheit

Ein zentrales Thema der IT-Sicherheit ist die Verschlüsselung. Sei es bei Messenger-Apps wie Signal oder Telegram, oder beim Surfen via HTTPS. Die DSGVO schreibt sogar vor, dass Formulare z.B. nur verschlüsselt zum Server gesendet werden dürfen.

Das einzige Problem ist die Gleichung hinter unserer heutigen Verschlüsselung:

Die Zeit, etwas zu entschlüsseln ist zu groß, um mit der Information noch etwas anfangen zu können.

Wir reden hier nicht von Wochen, sondern von Millionen von Jahren. Wer dann noch meine Signal-Nachrichten lesen will, gönn dir.

Unsere gesamte technologische Welt basiert in irgendeiner Form auf dieser Gleichung.

Und genau diese Gleichung wird durch den Quantencomputer auf den Kopf gestellt. Es wird eine neue Form der Kryptografie benötigen, wenn wir noch privat kommunizieren wollen. Die Quantenkryptografie.

Und bis diese breite Verwendung findet, wird jedes Unternehmen, jede Regierung mit einem Quantencomputer wohl jeden verschlüsselten Traffic, jede verschlüsselte Verbindung abhören können.

Und zwar auch rückwirkend.

Sollten wir uns Sorgen machen?

Natürlich sind wir davon noch ein Weilchen entfernt. So scheint die Aussage von Google etwas übertrieben. Im Kern ist die Botschaft jedoch folgende:

Es wird einen Computer geben, der Berechnungen anders durchführt, als alles bisher da gewesene. Und dieser Computer wird die Welt verändern.

Aber müssen wir uns Sorgen machen?

Eher (noch) nicht. Konzentrieren wir uns lieber einmal auf die Probleme, die vor uns liegen:

Zum Beispiel, wie Social Media unsere Demokratie zerstört. Oder warum mein letzter Post auf TikTok einfach nicht performt hat.

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1 Kommentar

  1. Ich habe mich vor kurzem im Rahmen einer Seminararbeit ebenfalls mit dem Thema Quantencomputing beschäftigt. Eines der (für mich) besten und va. verständlichsten Bücher zu dem Thema ist „Quantum Computing verstehen“ von Matthias Homeister. Kann ich jedem nur wärmstens empfehlen.

    „In (Nakahara u. a. 2006) wird geschätzt, dass ein Quantencomputer mindestens 10^2 bis 10^3 Qubits benötigt, um einen klassischen Computer überlegen zu sein“. Google’s Bristlecone schafft lt. Google Labs ca 72 stabile Qubits (Stand 2018). Das Problem ist nämlich nicht unbedingt die Anzahl der Qubits, sondern dass diese so unheimlich fragil sind. (Wohlgemerkt reden wir hier nicht von Quantum Annealern, diese besitzen schon weitaus mehr Qubits)

    Eine aktuelle Übersicht (18. September) gibts hier: https://quantumcomputingreport.com/scorecards/qubit-count/ bzw. https://quantumcomputingreport.com/scorecards/qubit-quality/.

    Ich bin auch schon gespannt wie lange es noch dauern wird, bis Supercomputer abgelöst werden und va. was dann passiert. Wer sich Quantencomputer leisten können wird, wird sich Wissen und Informationen leisten können. Wer nicht, der gibt diese nur preis. Uns steht eine spannende Zukunft bevor 😉

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