Quantencomputer fühlten sich früher wie Raketenwissenschaft an, aber heute nicht mehr

Ich bin ein ziemlicher Neuling auf dem Gebiet der Quanteninformatik. Als ich vor nicht allzu langer Zeit mit Classiq zu arbeiten begann, sagte ich voraus, dass sich Quantencomputing wie Raketenwissenschaft anfühlen würde - oder vielleicht eher wie Neurochirurgie. Aber jetzt weiß ich, dass es sich weder wie das eine noch wie das andere anfühlen sollte. Lassen Sie mich Ihnen sagen, warum.

Vor Classiq stieg mein Cortisolspiegel jedes Mal leicht an, wenn ich ein Wort las, vor dem "Quantum" stand. Diese winzigen Größenordnungen haben etwas so Außerweltliches an sich, dass es mir oft schwer fällt, sie zu verstehen. Und die Quantentechnologie entwickelt sich jeden Tag weiter. Es scheint, als könnte man das Wort vor jedes beliebige Gebiet setzen und es würde hängen bleiben: Quantenchemie, Quantenfinanzen, Quantenbiologie, usw. Ich wusste, dass die Quanteninformatik ein äußerst nützliches Werkzeug in diesen Bereichen sein könnte, ein Mittel für bahnbrechende Entdeckungen, aber manchmal kann sie sich überwältigend anfühlen.

Um die dem Quantencomputing zugrundeliegende Wissenschaft auch nur ansatzweise zu verstehen, braucht man wie bei der Raketenwissenschaft eine sehr solide Grundlage in Mathematik und Physik. Es gibt komplexe Zahlen, Differentialgleichungen, Theoreme über Theoreme und natürlich das gesamte griechische Alphabet - Klein- und Großbuchstaben. Zu dem umfangreichen Grundlagenwissen kommt noch der Systemansatz hinzu, bei dem jedes Teilsystem ein gewisses Maß an Know-how in verschiedenen Bereichen erfordert. Um Quantencomputerschaltungen erstellen zu können, musste ich alle Ebenen der Technologie beherrschen: von der Frage, was Qubits und Quantengatter sind, bis hin zur Frage, wie sie hergestellt, gekühlt, gesteuert und programmiert werden. 

Aber mir wurde schnell klar, dass das Quantencomputing nicht der einzige innovative Bereich mit großer Komplexität ist. Ich bezweifle, dass viele von uns wirklich verstehen, wie Mobiltelefone hergestellt werden - wie die CPU aufgebaut ist, wie auf das drahtlose Netzwerk zugegriffen wird, wie der Touchscreen funktioniert, wie Android oder iOS aufgebaut sind -, aber das hält uns nicht davon ab, das GPS zu nutzen, Apps zu erstellen und zu verwenden oder die anderen Funktionen zu nutzen. Man könnte sagen, dass sich auch ein iPhone wie eine Raketenwissenschaft anfühlt, wenn man nicht die richtigen Werkzeuge hat. Brauchen wir wirklich ein tiefes Verständnis aller Ebenen, um einen Nutzen daraus zu ziehen?

Das Gleiche könnte man über das Internet sagen. Muss ich Internet-Routing, Assembler oder die Funktionsweise von TCP/IP verstehen, um Webseiten nutzen oder erstellen zu können? Wahrscheinlich nicht. Wie beim Telefon wurden durch jahrelange innovative Arbeit aller möglichen brillanten Köpfe Abstraktionsebenen geschaffen, die es mir ermöglichen, davon auszugehen, dass die CPU oder das Internet-Routing "einfach funktionieren". Damit will ich nicht sagen, dass wir nicht hinterfragen sollten, wie die Dinge funktionieren - ich denke, das sollten wir alle -, sondern nur, dass ich mir nicht zu viele Gedanken darüber machen muss, wie sie funktionieren, um sie sinnvoll zu nutzen.

Welche Werkzeuge stehen also zur Verfügung, um das Quantencomputing benutzerfreundlich zu gestalten? Zunächst einmal bietet IBM eine kostenlose Online-Plattform für die Erstellung von Quantenschaltungen oder den Betrieb einer Schaltung auf seinem 5-Qubit-Quantencomputer. Diese Art der Zugänglichkeit für die Öffentlichkeit ist für mehr Innovation unerlässlich, und die Qiskit-Ressourcen sind sehr hilfreich. Wenn Sie einen Hardware-Chip entwerfen, gibt es das neue IBM-Tool Qiskit Metal.

Die IBM Quantum Experience ist zwar eine hervorragende Lernplattform, aber mir wurde bald klar, dass die Entwicklung von Software durch manuelles Verbinden von Gattern und Qubits für größere Maschinen nicht funktionieren würde. Ohne die entsprechenden Abstraktionsebenen für Quantencomputer könnten wir Tausende von Jahren benötigen, um ein System von der Komplexität einer Rakete fertigzustellen. Um die Vorteile der Quanteninformatik voll ausschöpfen zu können, brauchen die Nutzer Plattformen wie Classiq, die einen abstrakteren Entwurfsraum bieten, der es uns ermöglicht, an der Entwicklung von Quantenalgorithmen teilzunehmen, unabhängig davon, wie tief unser Wissen über die zugrunde liegenden Schichten ist.

Mit dem Übergang vom Quantencomputing zu einem höheren, funktionalen Modell kann ich weniger Zeit damit verbringen, mir Gedanken über die zugrunde liegende Mechanik zu machen, und mehr Zeit damit verbringen, neue Lösungen zu entwickeln - die Kreativität im Design beginnt. Bahnbrechende Entdeckungen entstehen, wenn Menschen unabhängig voneinander arbeiten, ihre Arbeit miteinander vergleichen und sich gegenseitig konstruktiv kritisieren. Wie bei den meisten Dingen gibt es auch bei Algorithmen keine Einheitsgröße; je nach Bedarf gibt es unterschiedliche Methoden. Um neue und aufregende Quantenalgorithmen zu entwickeln, müssen die Menschen die Möglichkeit haben, in einem abstrakten Raum zu entwerfen.

Mit den Fortschritten in der Quantenhardware und -software scheinen die Möglichkeiten endlos zu sein, von der Modellierung des Klimawandels bis hin zu fortschrittlichen Flugumlaufbahnen. Quantencomputing kann sich wie Raketenwissenschaft anfühlen, aber mit den richtigen Werkzeugen könnten unsere Enkel im selben Alter, in dem wir den Umgang mit dem Taschenrechner lernen, Millionen von Qubit-Schaltungen entwerfen.

Nach einiger Zeit hier bei Classiq fühlt es sich nicht mehr wie Raketenwissenschaft an. Es fühlt sich an, als säße ich in einer Rakete, die mit meinen Kollegen und unseren Kunden in eine aufregende Zukunft fliegt.