Auf der Suche nach dem Quantencomputer

Jula Brunner
Rebecca Buchs
von Jula Brunner 1. März 2018

Im Gespräch mit Prof. Dr. Daniel Loss

Ein stürmischer Nachmittag in Basel: Der Wind bläst uns bei der Anfahrt zur Uni
beinahe vom Fahrrad und lässt uns nach einer Windschutzscheibe wünschen.
Schlussendlich kommen wir aber doch unbeschadet beim grossen, grauen Gebäude des Physikdepartements Basel-Stadt an, betreten es und kommen in ein nicht sehr
imposantes Treppenhaus, wo wir auf Nachfrage in den 4. Stock verwiesen werden. Dort treffen wir den Quantenphysiker Professor Doktor Daniel Loss, der sich hauptsächlich mit der Forschung an Quantencomputern beschäftigt. Unsere erste Frage an ihn lautete:

Was ist denn ein Quantencomputer überhaupt?

Man kann sich den Quantencomputer am besten im Vergleich zum klassischen Computer vorstellen. Dieser arbeitet mit klarer Logik, mit Algorithmen. Für ihn gibt es immer ein eindeutiges Ergebnis, ja oder nein, null oder eins, entweder – oder. Mit einem Quantencomputer kann man aber eine sogenannte Überlagerung erzeugen, also die Koexistenz zweier gegensätzlicher Zustände am selben Punkt zur selben Zeit ermöglichen. Das wiederum macht das Abfragen mehrerer Ergebniswerte gleichzeitig möglich, wodurch die Rechenkapazität enorm gesteigert wird. Man kann sich dies anhand des Beispiels der Zerlegung einer Zahl in zwei Primzahlen vorstellen:

Ein gewöhnlicher Computer löst solche Probleme durch ausprobieren, Zahlenpaar um Zahlenpaar, genauso wie es unser menschliches Gehirn auch tut. Die Ausprobier-Strategie mag bei kleinen Zahlen einwandfrei funktionieren, hat man jedoch beispielsweise eine 300-stellige Zahl, so bräuchte selbst der beste Supercomputer der Welt ungefähr 15 Milliarden Jahre, um die Lösung zu ermitteln.

Ein Quantencomputer hingegen könnte dieses Problem innerhalb von einem Tag lösen, weil mehrere Ergebnisse zur selben Zeit ausgetestet werden können.

Auch andere Probleme würden schneller gelöst werden, man könnte beispielsweise schneller bessere Medikamente entwickeln, weil deren
Entwicklungsprozess vieler Tests bedarf, welche bei schnellerer Durchführung auch zu schnelleren Ergebnissen führen würden. Ein Quantencomputer könnte jedoch auch dazu verwendet werden, die Verschlüsselungen von Daten, die wir heute verwenden, innert kürzester Zeit zu knacken. Das würde schwerwiegende Konsequenzen nach sich ziehen, deren Auswirkungen zum jetzigen Zeitpunkt nicht vorhersehbar sind.

Die Forschung an Quantencomputern geht jedoch weiter. Wichtig ist hierbei, dass nicht einfach versucht wird, einen voll funktionsfähigen Computer zu bauen. Das Ziel der Physiker in Basel ist vielmehr, zu beweisen, dass das Prinzip des Quantencomputers funktioniert und die Theorie in die Praxis umzusetzen ist. Sollte dies der Fall sein, wird die Aufgabe, einen kompletten Quantencomputer zu bauen, den Ingenieuren von Grosskonzernen zufallen.

Die Forschung basiert rein auf Thesen. Diese Thesen werden durch Experimente entweder gestützt oder widerlegt.

Das Komplizierte dabei ist jedoch, dass die Thesen niemals definitiv bewiesen werden können und nur eine eindeutige Widerlegung möglich ist.

Denn bestätigt ein Experiment eine These, bedeutet das nicht, dass das Resultat bei anderen Versuchen gleich ausfallen wird. Deshalb muss man Experimente so lange unter verschiedensten Bedingungen wiederholen, bis man anhand der Wahrscheinlichkeit die These als korrekt betrachten kann. Eine solche These ist die Quantenmechanik. Sie ist zwar nicht bewiesen, doch muss man sie, anhand verschiedener Forschungsergebnisse, als korrekt betrachten.

Nach diesem ausschweifenden Exkurs zum Thema Quantencomputer kamen wir zum eigentlichen Kernthema unseres Besuchs zurück:

Technische Singularität

Als wir Loss fragten, ob er ein solches Zukunftsszenario als realistisch betrachtet und ob Maschinen jemals die kognitiven Fähigkeiten eines Menschen erreichen könnten, antwortete er, dass dies seiner Meinung nach nicht auszuschliessen sei. Der Mensch versteht das eigene Gehirn noch nicht zur Gänze und kann somit seine Komplexität nicht genau einschätzen. Wüssten wir Menschen jedoch genau, wie unser Gehirn funktioniert, so könnte man diese Frage mit grösster Wahrscheinlichkeit beantworten. Obwohl Loss das Szenario für möglich hält, ist er überzeugt, dass dieser entscheidende Schritt in Richtung hochentwickelte AI (engl. artificial intelligence = Künstliche Intelligenz) noch weit entfernt ist, da Maschinen bis jetzt komplett auf eingespeiste Informationen angewiesen sind, ohne diese sie nicht eigenständig agieren können.

Nach dem ausführlichen Gespräch zu den Quantencomputern ergab sich die Frage, ob die Entwicklung eines derart leistungsfähigen Rechners nicht auch gefährlich sein könnte.

Loss schätzt das Risiko bei der Entwicklung eines Quantencomputers nicht höher ein, als das Risiko, das durch die Entwicklung anderer technologischen Gerätschaften entsteht.

Er ist der Meinung, dass der Missbrauch solcher Gerätschaften immer möglich sei und dass es somit von der Einstellung, die man einer Erfindung gegenüber hat, abhängt.

Das Thema technische Singularität und die allgemeinen Auswirkungen der Forschung auf den Rest der Welt scheint am Physikdepartement kein allzu präsentes Thema zu sein, aber man denke schon ab und zu darüber nach, so Loss. Er macht uns deutlich, dass er selbst dem gesamten Thema, ebenso wie die meisten seiner Mitarbeiter, optimistisch gegenüber steht.

Vor allem sieht er, im Gegensatz zu vielen anderen, auch Vorteile in einer technischen Singularität. Es wäre eine gute Möglichkeit für die Gesellschaft, sich weiterzuentwickeln, meint er.

Wichtig für ihn ist, dass “Singularität” ein neutraler Begriff ist, soll heissen, dass sie nur den Punkt beschreibt, an dem Maschinen die Fähigkeit haben, eigenständig zu denken und sich selbst weiterzuentwickeln. Was danach kommt, kann man nicht wissen. So ist in diesem Falle wahrscheinlich warten die beste und einzige Option, die wir haben.

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