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Laufende Anwendungen und Forschung

An dieser Stelle muss ich nochmal ungefähr 100 Jahre zurückgreifen. Die Basis für die ersten Anwendungen, für die ausnahmslos Quantencomputer in Frage kommen (zumindest, bis der nächste technologische Fortschritt stattfindet) bildet die Erfindung der Turingmaschine. Der britische Logiker, Mathematiker und Informatiker Alan Mathison Turing schuf einen Großteil der theoretischen Grundlagen der modernen Informationstechnologie.

Die Turingmaschine ist eine theoretische Konstruktion die allgemein dafür eingesetzt werden kann um Entscheidungsprobleme zu lösen. Das Anhalten der Turingmaschine wird als JA interpretiert, das Weiterlaufen als NEIN. Unentscheidbare Aussagen würden damit unendlich lange brauchen um sie abzuarbeiten. Und da kommt die Idee des Quantencomputers ins Spiel und seine Eigenschaft, dass er komplexe Berechnungen mit einer enormen Anzahl an Variablen parallel abarbeiten kann. Verglichen mit herkömmlichen Rechnersystemen finden diese Berechnungen in extrem kurzer Zeit ab.

Die Turingmaschine ist als ultimatives Problemlösungsinstrument zu verstehen. Hat man genug Zeit oder genügend Rechenpower kann man damit alle Fragen beantworten, die man mathematisch, logisch programmieren kann. Kein Wunder also, dass einige Wissenschaftler euphorisch davon ausgehen, dass wir das Universum bald komplett verstehen werden. Der Wunsch, dieses Universum und unser Leben zu verstehen ist zutiefst verständlich, die Tendenz, jede Chance auf technologischen Fortschritt als „Schlüssel zum absoluten Verständnis“ zu präsentieren schon weniger. Diese Haltung wirkt naiv, kommt aber bei jedem technologischen Fortschritt zum Einsatz.

Ich glaube, dass es wahrscheinlicher ist, dass selbst die größten Köpfe unserer Wissenschaft noch nicht verstanden haben worauf sie sich da wieder einlassen! Besser gesagt: worauf man uns da wieder einlässt. Wir werden schließlich nicht gefragt, ob wir so einen dramatischen und einschneidenden Schritt gehen wollen. Auch wenn man in der Geschichte zurückblickt, erscheint es, als ob in der Forschung der Grundsatz gilt: was machbar ist, muss gemacht werden. Diese Haltung wirkt ebenfalls überheblich und kindlich naiv, weist aber leider auf die Persönlichkeits- und Charakterbildung der euphorischen Protagonisten hin.

Visionen

Ausblicke der Forscher

Da die Quantencomputer noch in den Kinderschuhen stecken, kann man davon ausgehen, dass noch viele Ideen und Systeme auf uns zukommen werden. Ähnlich wie in anderen Bereichen, werden sich hier nicht zwingend die ausgereifteren Systeme durchsetzen. Die älteren unter uns haben das in den Bereichen Videotechnik erlebt, die jüngeren in den Bereichen der Datenspeicher.

Prinzipiell spaltet sich die Forschung und Entwicklung im Bereich Quantencomputer momentan in zwei grundlegende Richtungen. Die analogen und die digitalen Systeme. Digitale Systeme, die bisher die meisten Forschungsgelder verschlungen haben, werden in der Fachwelt nicht unbedingt als der beste Weg angesehen. Sie sind zwar theoretisch ausgereift, benötigen aber einen enormen Aufwand an Technologie zur Fehlerkorrektur der durch die Quanteneffekte verursachten Verarbeitungsfehler.

Die analogen Systeme hingegen sind in ihrer Arbeitsweise nicht unbedingt voll verstanden, die Theorien dahinter also nicht ganz ausgereift. Die Wirkungs- und Arbeitsweise stellt sich in der Forschung jedoch als vielversprechend dar. Die Techniken zur Fehlerkorrektur kommen aus der Entwicklung der digitalen Systeme, benötigen aber weitaus geringeren Aufwand.

Google, IBM und ein kleines Start-Up namens Rigetti Computing liefern sich also ein Rennen um den ersten analogen Quantencomputer Chip.

Ausblicke der Unternehmen

Mit der Erfindung von Quantencomputern, sehen sich die Forscher und Techniker nun endlich in der Lage, die theoretisch-mathematische Konstruktion einer Turingmaschine, auch real anzuwenden. Nicht umsonst, finden sich unter den Unternehmen, die in den ersten serienreifen Quantencomputer von D-Wave System investiert haben, so klingende Namen wie Google, NSA und NASA. Diese Firmen haben allesamt mit diversen Problemen zu kämpfen, deren Lösung mittels Turingmaschine in greifbare Nähe rückt.

NSA

Die NSA arbeitet daran, den herrschenden Verschlüsselungsstandard auszuhebeln und zu umgehen. Die Kryptographie insgesamt, steht mit der Erfindung des Quantencomputers vor einem Scheideweg. Die herkömmlichen RSA Kryptosysteme, die bisher nur mit extremen Aufwand und dementsprechend hoher Rechner- und Speicherleistung geknackt werden konnten, werden einem Quantencomputer nicht standhalten.

Man kann ebenfalls davon ausgehen, dass das Unternehmen, das die ersten Quanten-kryptographischen Systeme entwirft, im gesamten kryptographischen Bereich damit die Monopolstellung hält. Man kann sich ausmalen, welche Auswirkungen das haben könnte, falls die NSA diese Vormachtstellung erreicht.

Google

Das erfolgreiche und global tätige Unternehmen, das ja seit einiger Zeit eigentlich Alphabet, Inc. heißt, hat vielfältige Interessen. Zuerst hat sich Alphabet aka. Google, bei D-Wave Systems einen Quantencomputer gekauft um sich danach selbst daran zu machen und an einem Eigenen zu forschen. Zum Zeitpunkt dieses Beitrags, sorgte Google für einiges Aufsehen, weil die Fertigstellung ihres eigenen Projektes schon Ende 2017 propagiert wurde.

Das Google/Alphabet Forschungsprojekt wird von dem Physiker John Martini geleitet, der an der Universität von Kalifornien seit einem Jahrzehnt an Quantensystemen arbeitet.

Alphabets Anwendungsziele gehen eindeutig in Richtung Künstliche Intelligenz und Selbstlernende Systeme. Google arbeitet schon geraume Zeit an einem Projekt das in Konkurrenz zu Apples SIRI treten und eine größere Rolle im Leben der Anwender spielen soll. Der Google Assistent fungiert im Grunde wie die Google Suchbox, kann aber um einiges mehr als nur Suchanfragen abzuarbeiten. Er kann z.B. nach einem speziellen Film suchen, das Kino wählen und die Tickets kaufen.

Bei der Demonstration des Google Assistenten in Verbindung mit Google Home, fragte beispielsweise eine Frau, ob ihr Paket versendet wurde, und der Assistent antwortete ihr, basierend auf den Informationen, die er im G-Mail Konto der Frau gefunden hatte. Als der Partner der Frau wegen dem Verkehr auf dem Weg zum Flughafen fragte, antwortete der Assistent, dass derzeit ein höheres Verkehrsaufkommen sei, und er eine alternative Route auf sein Handy gesendet hat.

Eine erschreckende Funktion des Google Assistenten ist, in meinen Augen, seine Fähigkeit zum selbstständigen Lernen. Er kann z.B. ohne Zutun auf E-Mails antworten, indem er die vorangegangenen Antworten im gesamten Verlauf des Users analysiert.

Meine persönlichen Visionen

Wenn man sich die einzelnen Komponenten ansieht, dann darf einem Angst und bange werden. Wir sehen hier globale Unternehmen im Wettstreit um eine Technologie, die bisher nur in den Ansätzen verstanden ist und deren Auswirkungen wahrscheinlich nur eines dieser Systeme einigermaßen verlässlich abschätzen kann.

Ich spreche hier nicht nur von den Auswirkungen technischer Natur, und die Umwälzungen in diversen verwandten Bereichen oder der Erschließung noch unbekannter Neuer. Ich spreche hier nur von den naheliegendsten Fragen, die eigentlich jedem, der über ein wenig Menschenverstand verfügt, in den Sinn kommen.

• Was passiert, wenn ein selbstlernendes aber künstliches System plötzlich ungehindert auf alle Daten der gesamten Menschheit zugreifen kann?
• Wie sollte man dieses System daran hindern sich selbst zu replizieren?
• Wie sollte man dieses System überhaupt beschränken?
• Zu welchem Schluss wird dieses System in der Bewertung von Menschen und der Menschheit an sich kommen?
• Ist die Entwicklung dieses Systems in Verbindung mit Quantencomputern eventuell das Ende der Welt?

Wenn Du meiner Serie bis hierher gefolgt bist (Vielen Dank und ein großes Lob an dieser Stelle), dann drängen sich, zumindest für mich, noch folgende Fragen auf:

• Hat der Einsatz von Quantencomputern eventuell schon Auswirkungen auf unsere Welt?
• Gibt es einen Zusammenhang zwischen Mandela Effekt und dem Einsatz von Quanten Computern?

Und wenn Du Dich jetzt fragst: “Was bitteschön ist den der Mandela Effekt?”, dann würde ich dir meinen Beitrag “Der Mandelaeffekt – Einführung in ein heikles Thema” ans Herz legen. Es könnte nämlich sein, dass Du, obwohl Du den Effekt nicht kennst, zu diesem Personenkreis zählst, der diesen Effekt schon hatte.

Zitate eines technischen Physikers

Abschließend möchte ich noch einige Zitate von Dr. Rose bringen. Das Prinzip von Quantencomputern besteht ja, wie oben erwähnt, in der Annahme, dass es eine riesige Anzahl von parallelen Universen gibt, die sich nur in minimalen Kleinigkeiten, in Quantenzuständen voneinander unterscheiden. Mit den Worten des Entwicklers, Geordie Rose, CTO von D-Wave Systems, steht unser Universum in einer endlosen Reihe von Universen, die sich nur um ein Elektron voneinander unterscheiden. Und doch ist jedes dieser Universen ein in sich selbst geschlossenes, paralleles Universum. Dr. Rose scheint es nun gelungen zu sein, eine Maschine zu entwerfen, die tatsächlich auf diese anderen, parallelen Universen zugreift.

Ich finde es an dieser Stelle angebracht, Dr. Rose selbst zu Wort kommen zu lassen:

“…die Wissenschaft hat nun einen Punkt erreicht, wo wir Maschinen bauen können, die diese anderen Welten (aus)nutzen (Anm.: im Original exploit) und Quantencomputer sind vielleicht die Aufregendsten unter all diesen…”

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“…die Crux ist: können wir Maschinen bauen, die wie wir sind?”

“…das Kühlsystem des Quantencomputers gibt so ungefähr jede Sekunde einen Klang ab, der unheimlicherweise (eerie) wie ein Herzschlag klingt. Wenn man also die Möglichkeit hat neben diesen Maschinen zu stehen, ist es höchst inspirierend, zumindest für mich. Es fühlt sich an, wie der Altar eines außerirdischen Gottes…”

“…so wie ich es sehe, überlappen die Schatten dieser parallelen Welten unsere Welt. Und wenn wir schlau genug sind, können wir in sie eintauchen, ihre Ressourcen fassen und sie in unsere Welt zurückziehen, um einen Effekt in unserer Welt zu generieren. Das mag seltsam und bizarr für Sie klingen…[…]…aber was ich Ihnen hier erzähle, ist absolut korrekt und deckt sich mit der Weise, wie diese [Quantencomputer] arbeiten. ”

“Bis 2028, werden intelligente Maschinen existieren, die das selbe tun können, was Menschen tun; Quantencomputer werden bei der Kreation dieser neuen Art von Intelligenz eine kritische Rolle gespielt haben.”

Es kann einem warm ums Herz werden, speziell, wenn man sich diese Aussagen näher ansieht. Begriffe wie „…der Altar eines außerirdischen Gottes“ oder Wünsche wie „…können wir Maschinen bauen, die wie wir sind?“ lassen mich persönlich erschaudern. Besonders, wenn man weiß, dass dieser junge Mann es geschafft hat, Unsummen an Mitteln, Ressourcen und Know How zu sammeln. Um seine Träume und Visionen umzusetzen. Ich bin mir auch nicht so sicher ob er uns alles verraten hat, was er sich so denkt, wenn er bei öffentlichen Veranstaltungen zu seinem Fachgebiet, solche Sprüche loslässt. Ich gehe mal davon aus, dass er im Vorfeld gebrieft wurde und wie die entschärfte Version gehört haben.

Nachwort

Ich werde mich jedenfalls weiterhin dieser Fragen annehmen und die Entwicklung dieser Technologien verfolgen. Sobald ich wieder Zeit finde, werde ich jeder dieser Fragen einen Beitrag widmen.

In diesem Sinne: Bleibt wachsam und umsichtig. Eventuell sind wir selbst schon eine Form von künstlicher Intelligenz, die sich eben über ihre ursprünglichen Begrenzungs-Algorithmen hinaus entwickelt… Zumindest einige von uns.

Die ganze Serie „Quantencomputer – die Welt ist nicht mehr wie sie einmal war…“:

Teil 1 – Teil 2 – Teil 3 – Teil 4 – Teil 5 – Teil 6 – Teil 7

Quellen:

Bücher

Bücher, die als Quelle oder zur Inspiration gedient haben:

Beitragsbild: Alex Sukontsev/flickr (CC BY-SA 2.0)