24. November 2017

Bislang wurde die Leistungsfähigkeit von Computern vor allem durch die Schnelligkeit ihrer Prozessoren bestimmt. Folgt man dem Mooreschen Gesetz, so dauert es etwa 18 Monate, bis sich die Anzahl der aktiven Komponenten auf einem Chip verdoppelt. Das geht, weil die Bauteile kleiner und damit auch mehr werden. So wird der Prozessor schneller, der Computer leistungsfähiger. Bis jetzt.

Denn mittlerweile sind die einzelnen Bauteile so klein geworden, dass eine weitere Verkleinerung nicht mehr möglich erscheint. Sie sind nur noch wenige Atomlagen dick. Und damit stehen ihnen die sogenannten Quanteneffekte im Weg. Diese sind seit fast 100 Jahren bekannt. Quanteneffekte beeinflussen Elektronen und stören somit moderne Computer in dem, was wir so an ihnen schätzen: Leistungsstärke und Zuverlässigkeit. Moores Gesetz stößt in der Quantenphysik an seine natürliche Grenze.

Die führenden Computerbauer dieser Erde arbeiten daher mit Hochdruck an der nächsten Generation. Ach was: an der nächsten Revolution. Sie wollen Computer nicht einfach nur effizienter oder klüger machen. Sie wollen die Art, wie ein Rechner rechnet, völlig neu definieren – mit Quantenphysik. Wann sie so weit sein werden und ob dabei mal ein Computer entsteht, der auch für den Privatmenschen oder zumindest für den normalen Büroalltag relevant wird, wissen die Entwickler von zum Beispiel IBM und Google heute selbst noch nicht. Aber die Konzerne haben gigantische Wetten darauf abgeschlossen. Mit üppigen Forschungsetats, hochdekorierten Ingenieuren und einer PR-Maschine, die ein Produkt anpreist, das noch gar nicht fertig ist. 

Schwarz oder mit Milch? Beides!
Quantencomputer sind als Hochleistungsrechner angelegt. Sie sollen da weitermachen, wo die Supercomputer der Gegenwart aufhören. Die aktuellen Top-Geräte stehen an Universitäten oder bei den absoluten Hightech-Organisationen wie der Nasa. Die Quantentechnik trennt – anders als die herkömmliche binäre Technologie – nicht zwischen 0 und 1. In klassischen Computern werden sämtlichen Informationen in Bits dargestellt. Physikalisch wird das dadurch realisiert, dass ein Spannungspotenzial entweder oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Pegels liegt. Bei den Bausteinen des Quantencomputers – den Qubits – können die kleinsten Teile aber auch beide Zustände gleichzeitig einnehmen, sie können also sowohl 0 als auch 1 sein. Diese Überlagerung nennt man Superposition. Während ein Bit den Kaffee nur schwarz oder mit Milch nimmt, kann ein Qubit auch beides.

Ein Quantenrechner unterscheidet also nicht nur zwischen An und Aus, er begreift Zustände. Das, so hoffen die Forscher, macht es ihm leichter, Muster zu erkennen, Schemen zu erfassen, Probleme zu lösen. Die Rechner könnten so Regeln oder Gesetzmäßigkeiten wahrnehmen, selbst wenn das Datenmaterial nur gering ist. Das soll bei der Vorhersage von Naturkatastrophen helfen, in der Medizintechnik oder in der Finanzwirtschaft. Der Chefentwickler von VW hat es mal so beschrieben: Moderne Computer können in Echtzeit erkennen, wo es einen Stau gibt und so die Autofahrer warnen. Quantenrechner aber können so vorausschauend denken, dass überhaupt nie mehr ein Stau entsteht. Sie würden die Autos, die die Straßen zu verstopfen drohen, einfach auf einen anderen Weg lenken.

Liest man Dossiers, Seminar-Programme oder Wasserstandsmeldungen aus den Forschungsabteilungen, möchte man glauben, es werden keine Computer erfunden, sondern Kristallkugeln. Ein auf Quantencomputer gepolter Zukunftskongress in Leipzig trug sogar die Überschrift: „Think Quantum – The Prediction of Everything“. Also: Denk Quantum – Die Vorhersage von allem. Große Worte.

Gewiss, es ist eine Anspielung auf das Stephen-Hawking-Biopic „The Theory of Everything“. Aber auch ein Ausdruck des Selbstverständnisses, das die Branche hat. Es zeigt den Spirit einer ganzen Industrie. Die einen mögen es Selbstvertrauen nennen, die anderen Überheblichkeit. Mit Quantenrechnern, so der ureigene Glaube, könne man alle Probleme lösen und auf jede Frage eine Antwort finden. Im Idealfall sogar schon, bevor man die Frage kennt. Und Douglas Adams rotiert in seinem Grab während er “42” ruft.

Doch wie das so ist mit der schönen, neuen Technologie: Sie hat ihre Macken. Wer schon mal eine Kaffeemaschine oder einen Kopierer angeschlossen hat, der hat sich bei der ersten Benutzung gewundert, warum der Kaffee fade schmeckt oder warum die Grautöne verschwommen sind. Quantencomputer setzen dieser Empirie die Krone auf. Denn die Rechner haben zwar auf dem Papier ein Funktionsprinzip. Doch das dann auch Realität werden zu lassen, ist aktuell das Hauptproblem. Sie sind noch zu störanfällig, zu unbeherrschbar. Sie machen nicht, was der Mensch will. Sie machen noch nicht mal, was sie selbst wollen. Sie machen was sie machen und keiner weiß warum. Der verzweifelte Satz des IT-unerprobten Mitarbeiters: „Jetzt macht mein Computer wieder Sachen!“ Der hat am Quantencomputer die Spitze der Nahrungskette erreicht.

IBM hat seinen aktuellen Superrechner mit einer gigantischen Prozessorleistung von 50 Qubits online gestellt. Forscher, Institute, Universitäten dürfen ihre Anwendung auf dem Rechner ausprobieren. Sie können sich Rechenzeit mieten, Experimente laufen lassen und gucken, was passiert. IBM hat die Hoffnung, dass der Computer damit berechenbarer wird. Denn sonst ist die alles vorhersagende Maschine nur ein teurer Kasten, der zu nichts nütze ist. Der Stauts Quo ist weit davon entfernt. Man gibt Zahlen ein und hofft, dass hinten das richtige Ergebnis rauskommt. Das ist dann aber kein Computer mehr. Sondern Lotterie.

Dieses Thema interessiert mich. Ich möchte gerne weitere Informationen anfordern.