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Quantum Computer Cr Google Llc
Noch steht Quantencomputing ganz am Anfang - doch das könnte sich bald ändern (Foto: Google LLC)
Technologien Technik Digitale Transformation

Das ist das neue Superhirn

Quantencomputer existierten lange Zeit nur in den Köpfen ambitionierter Wissenschaftler. Nun investieren Techriesen, Geheimdienste und Industrie. Eine neue Generation Supercomputer reift heran, die unser Leben auf den Kopf stellen wird.

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Er ist eine empfindsame Seele. Schon das Magnetfeld der Erde kann ihn aus der Ruhe bringen. Im eiskalten, luftleeren Raum steht er, der Quantencomputer. Kein Strahl Licht darf die bauchige Wundermaschine stören. Viel Tand um ein bisschen Rechner?

Keineswegs: Der EU ist die Prinzessin auf der Erbse eine Milliarde Euro Forschungsbudget wert. Auch Google, IBM, Intel, die NASA, die NSA und zahlreiche Industrieunternehmen forschen im Bereich des Quantencomputings.

Was kann der Supercomputer eigentlich?

Zunächst: Selbst Physiker, Mathematiker und Informatiker können nicht mal eben aus dem Stegreif erklären, wie er funktioniert. Aber darum geht es auch nicht. Wichtig ist, dass in ihm wahre Superheldenkräfte stecken. Quantencomputer rechnen unfassbar schnell und sind deshalb so leistungsstark, dass sie alle Online-Passwörter dieser Welt knacken könnten.

Einfach weil sie nach einem anderen Prinzip als unsere PCs heute arbeiten. Die erkennen Bits – das sind die Maßeinheiten für Daten – in zwei Zuständen: Null und Eins. So arbeiten die Normalos zwar zuverlässig, stoßen aber, wenn es um komplexe Aufgaben und Geschwindigkeit geht, an ihre Grenzen. In Quantencomputern stecken Qubits. Sie können entweder Null, Eins oder beides zur gleichen Zeit sein. Und sie können sich miteinander verschränken.

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Wie eine Tiefkühlpizza, die im gleichen Moment gefroren und knusprig frisch gebacken ist. Damit schafft ein Quantencomputer nicht weniger als die physikalischen Gesetze, nach denen unsere Welt funktioniert, komplett auszuhebeln.

Er ist schnell, stark und knackt Passwörter im Nu

Das Spannende am seltsamen Verhalten der Qubits ist aber, dass die Rechner dank ihnen parallel an mehreren Lösungswegen arbeiten und somit viel komplexere Aufgaben als normale Rechner lösen können. Schon 34 Qubits genügen, um gleichzeitig mehr als 17 Milliarden Werte darzustellen.

Hochgerechnet arbeitet ein Modell mit 50 Qubits also schneller als alles, was wir jetzt haben. Eine Rechnung, für die ein normaler Computer Millionen oder sogar Milliarden Jahre bräuchte, könnte ein Quantenrechner in wenigen Minuten lösen.

Dank dieser Fähigkeiten ist der Supercomputer beispielsweise dazu in der Lage, alle Online-Verschlüsselungen, mit denen wir vom Bankgeschäft über das E-Mailsystem über das Amazon-Konto bis hin zur Blockchain unsere Geschäfte abwickeln, zu knacken.

Denn anders als unsere Rechner heute, zerlegt er große Zahlen extrem schnell in Primfaktoren. Auch die NSA soll laut Whistleblower Edward Snowden an einem Projekt mit dem Namen „Quantum“ arbeiten, mit dem der Geheimdienst Daten abfangen will. So viel zu seinem Schurkenpotenzial. Aber eigentlich soll er ja Gutes tun.

Die Unwucht explodierender Datenmassen sortieren, auswerten und so künstliche Intelligenz weiterentwickeln, zum Beispiel. Daher experimentieren Technologieriesen wie IBM und Google oder Industrieunternehmen wie Volkswagen oder Bosch in dem Feld. 2018 ist das Jahr, in dem sie sich ein Rennen um den Spitzenplatz in der Forschung liefern. Lang hatte IBM die Nase vorn, schaffte Ende 2017 einen Test mit 50 Qubits und stellte bereits davor ein cloudbasiertes Modell mit 20 Qubits zum Experimentieren bereit.

Intel schickt nun mit dem Tangle Lake 49 Qubits ins Rennen. Auch Google hat nachgezogen und sein Modell im März vorgestellt. Bristlecone, so heißt er, soll mit seinen 72 Qubits alle anderen in den Schatten stellen. Quantenrechner können riesige Datenmengen bearbeiten, die Basis für die Entwicklung von KI, ebenso wie für Infrastruktur, Fahrzeugbau oder Medizin. Praktisch sind die Rechner noch sehr fehleranfällig.

„Quantencomputing ist heute soweit, wie es das klassische Computing in den 70er-Jahren war. An mobile Apps oder VR-Brillen haben die Wissenschaftler damals sicher auch noch nicht gedacht. Ähnlich verhält es sich mit Quantencomputing: Wir beginnen gerade erst zu begreifen, wie groß dessen Potenzial tatsächlich ist“, sagt Walter Riess, European Lead for IBM Q. Im IBM Q Network arbeitet das Unternehmen etwa mit JP Morgan Case zusammen, um Trading-Strategien oder Risikoanalysen zu optimieren.

„Die aktuelle Entwicklungsphase des Quantencomputings markiert eine Trendwende: Computertechnologie wird komplett neu gedacht“ Walter Riess, IBM
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Er kalkuliert in Echtzeit Staus in Megacitys

Volkswagen zum Beispiel nutzt Quantencomputing, um die Stauprobleme in Megacitys zu lösen. An einem Beispiel mit 1000 Taxen in Peking hat der Autobauer getestet, was der Supercomputer leistet. Er sollte die Fahrzeuge so verteilen, dass kein Stau entsteht. Das durchzurechnen dauert: Angenommen, es stehen für jedes von 500 Fahrzeugen drei Alternativrouten zur Verfügung – dann ergibt das drei hoch 500 mögliche Routen. Ja, auch normale Computer filtern daraus die optimale Lösung. Irgendwann.

VW jedoch braucht sie aber binnen maximal fünf Sekunden, denn in dieser Spanne senden die Autos ihre Positionsdaten. Der Quantenrechner hält diese Deadline und schafft Verkehrsoptimierung fast in Echtzeit. Auch in Zukunft forscht ein Team aus VW- und Google-Mitarbeitern mit dem Google-Quantencomputer an weiteren Anwendungen; so stehen Materialien für E-Fahrzeuge oder neue Verfahren des maschinellen Lernens an künstlicher Intelligenz auf ihrem Zettel.

Noch steht Quantencomputing ganz am Anfang. Gemessen an den finanziellen Mitteln, klugen Köpfen und innovationsbereiten Unternehmen, die sich in der Forschung engagieren, könnten auch die derzeitigen Macken bald der Vergangenheit angehören.

Übersicht:

  • Ein Quantencomputer kann „2-hoch- die-Anzahl-seiner-Qubits” Lösungswege zur gleichen Zeit durchprobieren
  • Googles Quantenrechner Bristlecone soll mit 72 Qubits arbeiten. Er könnte dann 4722366482869645213696, also 4 Trilliarden 722  Trillionen 366 Billiarden 482 Billionen 869 Milliarden 645 Millionen 213 Tausend 696 Lösungswege gleichzeitig bearbeiten
  • Ein normaler Rechner kann immer nur an einem Lösungsweg arbeiten
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