Open Source im professionellen Einsatz

Quantenkonferenz: "Mehr Qubits!"

26.06.2017

Der "Quanten-Commodore" lässt noch auf sich warten, Verschlüsselung funktioniert noch ein Weilchen, aber Fehlerkorrekturen klappen grundsätzlich: Für die rund 220 Besucher der Quanten-Konferenz unserer Kollegen von Golem.de im Berliner Zoo-Palast waren einige aufschlussreiche Vorträge dabei.

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Rund 220 Interessierte lockte das lange als rein akademisch geltende Thema Quantencomputer in den Zoo-Palast, darunter auch zahlreiche IT-Professionals und Wirtschaftler. Tatsächlich beschäftigen sich inzwischen auch Unternehmen und IT-Abteilungen mit Quantenrechnern. Vor einem Jahr wäre so eine Konferenz kaum möglich gewesen, stellte Gustav Kalbe, bei der EU-Kommission für HPC und Quantencomputing zuständig, daher zum Auftakt der Konferenz folgerichtig fest.

Zum Auftakt der Quantenkonferenz von Golem.de erklärten Redner zunächst die Basics und zeigten zum Beispiel praktische Anwendungen wie den Laser.

Zurzeit bewegt sich einiges auf dem Feld der Quantencomputer und greifen auch Unternehmen die neue Technologie auf. So bietet IBM den Zugriff auf simple Quantenrechner als Cloudservice an, Ende des Jahres soll Google gerüchteweise einen Rechner mit 49 Qubits (7x7) fertigstellen und Unternehmen wie VW untersuchen, ob Quantenrechner ihre Probleme tatsächlich optimaler lösen und schauen sich Algorithmen an, die Quantencomputer besser lösen als "herkömmliche" Superrechner.

Eine Diskussionsrunde zwischen Firmenvertretern (IBM, Huawei, VW) und Quantencomputer-Startups (Ion-Q, Rigetti Quantum Computing) zeigte allerdings auch, wie entfernt Quantencomputer und Unternehmen noch immer voneinander sind. Während Heiko Schick von Huawei bereits von Quanten-APIs träumte, die Entwickler auch ohne fundierte Kenntnisse des Bereichs bedienen können, bremste Ion-Q-CEO David Moehring: In der aktuellen Lage müssen sich die Nutzer zwangsläufig mit der Hardware auseinandersetzen, andernfalls kommen sie auf keinen grünen Zweig. "Konsumierbare" High-Level-APIs für Quantenrechner sieht er erst in fünf bis zehn Jahren kommen.

Während Wirtschaftsvertreter schon von Quanten-APIs träumen, kämpfen Quanten-Startups noch mit der Hardware.

Immerhin waren sich die meisten Redner einige, dass Moores Law bereits heute an physikalische Grenzen stößt und ein nächster Schritt in der Evolution der Computer her muss. Vor allem bei den Algorithmen habe sich einiges getan. So seien moderne Algorithmen für Quantenrechner viel "robuster", wie es Will Zeng von Rigetti Quantum Computing formulierte und kommen mit Fehlern von Quantenrechnern besser zurecht. Zugleich sei die Coherence Time, in der die Quantenzustände stabil bleiben, um viele Größenordnungen gestiegen.

Vlatko Vedral von der Universität Oxford sprach in seinem einführenden Vortrag unter anderem über das berüchtigte Problem der Quantum Error Correction und zeigte sich zuversichtlich, dass dieses prinzipiell gelöst sei. In der Praxis bedürfe es allerdings noch einiges an Feintuning, um Superpositionen möglichst lange zu halten. Ein Quantum-"Commodore" sei noch nicht in Sicht. Zudem stelle sich die theoretische Frage, ob es ab einer bestimmten Größe nicht zu Störeffekten der Gravitation auf die Superposition der Photonen komme.

Der viel zitierte Shor-Algorithmus, mit dem Quantencomputer irgendwann lange Primzahlen zerlegen, um so Verschlüsselungen zu knacken, ist für Informatiker dabei nicht mal mehr der interessanteste. Tatsächlich brauche es im günstigsten Fall Rechner mit 10 000 Qubits, um etwa eine 2048-Bit-Verschlüsselung mit Hilfe von Shors Algorithmus zu knacken, wahrscheinlicher seien aber eine Million Qubits. Verschlüsselung dürfte also noch ein paar Jahre lang sicher sein. Postquantum-Crypto mit Lattices könne zudem laut Eike Kiltz von der Ruhr-Universität Bochum gegen die zukünftige Entschlüsselung mit Quantenrechnern helfen.

Ronald de Wolf stellte einige der wichtigen Algorithmen für Quantenrechner vor. Grovers Algorithmus könne indes etwa große Datenmengen durchsuchen und der Harrow-Hassidim-Lloyd-Algorithmus wohlgeformte lineare Gleichungen lösen. Zugleich erklärte , dass bei einigen bekannten Problemen, wie dem des Handlungsreisenden, auch Quantenrechner nur wenige Vorteile bringen.

Klar scheint zu sein, dass Moores Law allmählich an seine Grenzen stößt.

Wer wissen wollte, an was die Forscher gerade in ihren Laboren arbeiten, erfuhr dies von Tracy Northup, Professorin für Experimentelle Physik an der Universität Innsbruck. Sie erklärte nicht nur, wie Ionen-Fallen in der Praxis funktionieren und aussehen, sondern zeigte auch auf einer Timeline, an welchen Problemen die Physiker gerade arbeiten, momentan sei das unter anderem ein längerer Speicherzeitraum.

Zugleich zeigte sie, dass sich auch Elektronen in solchen Fallen fangen und für Quantenrechner einsetzen lassen. Sich von den Photonen zu lösen, könnte also ein nächster Schritt in der Quantentechnologie sein. Am Ende machte sie drei Ziele für die Arbeit der Forscher fest: Qubits die dauerhaft existieren, Fehlerraten, die eine größere Zahl an Gate-Operationen erlauben und - ganz einfach: "Mehr Qubits!".

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