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Quantenprogrammierung: "Die physikalische Welt kann kreativer sein als wir selbst"

Andere bauen Quantencomputer, er kümmert sich um die Programmierung. Will Zeng vom US-Unternehmen Rigetti hat einen Befehlssatz und ein Software-Toolkit für Quantencomputer mit entwickelt. Im Gespräch mit Golem.de erklärt er, warum es ein Erfolg sein könnte, keinen Quantencomputer bauen zu können.

Ein Interview von veröffentlicht am
Will Zeng: quantencomputert seit seinem 17. Lebensjahr
Will Zeng: quantencomputert seit seinem 17. Lebensjahr (Bild: privat)

Quanten! Quanten! Quanten! Am 23. Juni 2017 geht es auf der Golem.de-Quantenkonferenz um eines der wichtigsten Zukunftsthemen in der IT. Auf der Konferenz treten führende Quantenforscher aus aller Welt auf. Aber wer sind die Experten? Wir haben nachgefragt. Heute: Will Zeng von Rigetti Computing, einem US-Startup, das einen Quantencomputer entwickelt. Auf der Konferenz diskutiert er über die Frage, ob Quantencomputer mehr leisten können als Supercomputer.

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Golem.de: Wer war der Held Ihrer Kindheit?

Will Zeng: Einer war auf jeden Fall Alan Turing. Er hat etwas sehr Bemerkenswertes gemacht: Er hat aus einem abstrakten oder vagen Konzept - Was ist ein Computer? Was bedeutet es, einen Computer zu nutzen? - etwas Konkretes gemacht. Er hat ein philosophisches Konzept über: Was ist Wissen? Wie wird Wissen geschaffen? in eine mathematische Struktur überführt. Das bewundere ich sehr an ihm. Er hat aber nicht nur an abstrakten Dingen gearbeitet, sondern auch an konkreten. So hat er beispielsweise zu den Kriegsbemühungen seines Landes beigetragen. Das ist sehr selten.

Golem.de: Welche Erfindung bewundern Sie am meisten?

Zeng: Den Computer - aber aus einem interessanten Grund: Es gibt nicht den Erfinder des Computers. Das ist etwas Besonderes. Die Tatsache, dass man nicht einen einzigen Erfinder benennen kann, zeigt, wie kompliziert diese Erfindung ist. Es war eine Gruppe aus verschiedenen Bereichen und verschiedenen Regionen der Welt, die zu einer ähnlichen Zeit versucht haben, das Gleiche zu entwickeln, was wir heute den Computer nennen.

Golem.de: Auf welches Gadget würden Sie nicht verzichten und warum?

Zeng: Ehrlich gesagt: mein Smartphone. Es ist eine Erweiterung meines Gedächtnisses. Ich kann Dinge aus meinem Geist in To-do-Listen festhalten oder E-Mails übertragen und habe sie dann immer zur Hand, egal wo ich bin. Man kann sich auf das Vorliegende konzentrieren, indem man anderes in das Gerät verschiebt. Das ist sehr wichtig.

Golem.de: Was lesen Sie privat am liebsten?

Zeng: Ich mag Kurzgeschichten. Derzeit lese ich viel von Italo Calvino. Ich habe kürzlich noch einmal das Buch Die unsichtbaren Städte gelesen, das ich früher schon ein paar Mal gelesen hatte.

Golem.de: Welchen technischen Trend lehnen Sie ab?

Zeng: Ich weiß nicht, ob das ein technischer Trend ist, aber es ist verwandt, ein sozial-technischer Trend: Technologie, die durch Werbung finanziert wird. Es geht darum, dass Technik, die sich für Werbung eignet, darauf optimiert wird, dass man seine Zeit mit dem Gerät verbringt. Der Hersteller generiert Wert dadurch, dass man Zeit mit dem Gerät verbringt, nicht indem man dafür bezahlt. Auch wenn die Dinge deshalb kostenlos sind und ich die Vorteile davon sehe, lehne ich das ab.

Golem.de: Wie erklären Sie Ihren Großeltern Ihr Forschungsgebiet?

Zeng: In den letzten Jahrzehnten hat sich jeder darauf verlassen, dass Computerchips immer besser werden. Und Computer sind jedes Jahr besser geworden. Aber dieser bisherige Fortschritt der Computer wird langsamer und wird schließlich enden. Wir müssen also neue Wege finden, neue Computer zu bauen, die weiterhin von Jahr zu Jahr besser werden. Das machen wir, indem wir die physikalischen Grundlagen verändern, mit denen wir die Chips herstellen. Wir machen zum Beispiel sehr kalte Chips, oder wir nutzen Quantenphysik statt Elektromagnetismus.

Golem.de: Was fasziniert Sie am Thema Quantentechnologie?

Zeng: Da gibt es vieles: Herausheben möchte ich, dass sie die Beziehung zwischen Informatik und Physik grundlegend verändert. Wir können uns Computer vorstellen, wir können uns Algorithmen vorstellen. Wir können uns tolle Konzepte ausdenken, wie wir Probleme lösen wollen. Aber wir können sie nicht umsetzen, weil die Physik das verhindert.

Beim Quantencomputing ist es genau umgekehrt. Quantencomputing sagt: Die Ideen, die Turing dargelegt hat, die Ideen, wie wir glauben, wie ein Computer funktionieren sollte, sind naiv verglichen mit dem, wozu die Welt eigentlich fähig ist. Die Natur und die Physik machen Dinge, die geheimnisvoller und sogar leistungsfähiger sind, als wir uns vorstellen können. Es findet sich immer eine weitere Komplexität oder ein abstrakter Gedanke, den wir in der physikalischen Welt nicht umsetzen konnten. Quantencomputing zeigt uns aber, dass die physikalische Welt sogar kreativer sein kann, als wir selbst. Dass wir jetzt nicht nur Physikexperimente aus dieser Perspektive machen, sondern auch konkrete Technologie daraus entwickeln und nutzen, ist einfach unglaublich.

Golem.de: Wie lange haben Sie gebraucht, um Quantenphysik zu verstehen?

Zeng: Ich bin nicht sicher, ob das jemals vollständig gelingen wird. Wir versuchen immer noch, sie zu verstehen. Eines der Themen, an denen ich arbeite, ist die Programmierung eines Quantencomputers. Wenn man eine wirklich gute Programmiersprache entwickelt hat, setzt das voraus, dass man etwas verstanden hat. Etwas verstanden zu haben, ist die Grundlage dafür, etwas Sinnvolles daraus zu machen, jemandem damit zu helfen, daraus eine Technologie zu entwickeln.

Ich beschäftige mich mit Quantencomputern, seit ich 17 war. Zuerst hab ich den physikalischen Aspekt gelernt, dann aus der Sicht der Informatik. Ich finde es großartig, dass Quantencomputer aus so vielen verschiedenen Perspektiven betrachtet werden können: Physik, Mathematik, Informatik, Ingenieurwesen. Aber keiner der Aspekte reicht aus, um ein umfassendes Bild der Quantenphysik zu bekommen. Ich glaube, ich werde Quantenphysik erst dann verstanden haben, wenn wir eine nutzbare Technologie daraus entwickeln. Die Entwicklung eines Quantencomputers ist also die Suche nach dem Verständnis der Quantenphysik, nicht nur für mich, sondern für uns alle.

Golem.de: Wer war Ihr wichtigster Lehrmeister?

Zeng: Da gab es mehrere. Hervorheben möchte ich Michel Devoret und Rob Schoelkopf von der Yale Universität. Sie haben die Forschungsgruppe gegründet, die die supraleitenden Qubits entwickelt hat, mit denen heute viele arbeiten. Ich danke Michel nicht nur für das, was er gelehrt hat. Er hat mich auch sonst sehr unterstützt. Er hat mich zum Beispiel als Undergraduate an Graduate-Kursen teilnehmen lassen.

Golem.de: Mit welchem beruflichen Erfolg geben Sie am liebsten an?

Zeng: Am liebsten gebe ich mit der Quantenprogrammierungssoftware an, die wir auf der Basis des von uns definierten Quanten-Befehlssatzes entwickelt haben, um Quantenprogrammierung etwas konkreter zu gestalten.

Niemand hatte sich bisher Gedanken über eine abstrakte Schicht für Quantencomputer gemacht. Mit einigen Kollegen haben wir einen Befehlssatz und darauf basierend ein Software-Toolkit entwickelt, um Quantencomputing etwas realer zu machen. Diese Entwicklungsumgebung zeigen wir derzeit viel herum.

Golem.de: Welchen Misserfolg in Ihrer Forschungsarbeit würden Sie gern vergessen?

Zeng: Ich weiß gar nicht, ob es welche gibt, die ich vergessen möchte. Es geht nicht darum, sie zu vergessen, sondern daraus zu lernen.

Ich habe meine Doktorarbeit über ein abstraktes mathematisches Thema der Quantentheorie geschrieben, genauer zur Quantenprogrammierung. Ich dachte, einer der Gründe, warum wir so viele Schwierigkeiten bei der Quantenprogrammierung hatten, war, dass wir die falsche mathematische Sprache nutzten. Deshalb habe ich in der Doktorarbeit versucht, in einer abstrakteren Sprache zu arbeiten. Ich konnte aber nicht das erreichen, was ich wollte. Aber ich habe viel daraus gelernt. Deshalb möchte ich diesen Misserfolg nicht vergessen.

Golem.de: Was wäre für Sie in Bezug auf Ihre Forschung der absolute Alptraum?

Zeng: Das Tolle an Quantencomputern ist, dass man zwei Optionen hat. Eine ist: Man baut einen und er funktioniert und ist nützlich. Die andere ist: Man kann ihn nicht bauen. Aber wenn man keinen bauen kann, bedeutet das, dass man die Quantenphysik über den Haufen geworfen hat. Für so etwas verteilen sie in Skandinavien Nobelpreise. Das ist bei den Quantencomputern also eine Art Win-Win-Szenario.

Aber es gibt eine Art Schadensbild: Das Schlimmste wäre, dass wir Technik für Quantencomputer bauen und sie funktioniert, aber wir verstehen nicht, wie wir sie nutzen können. Es dauert viel länger herauszufinden, wie man sie nutzt. Wir wissen um große, perfekte Quantencomputer, die erstaunliche Sachen können. Aber bevor wir große, perfekte Maschinen haben, haben wir kleine, nicht perfekte. Es dauert zu lange, diese Lücke zu schließen.

Golem.de: Welche Frage beschäftigt Sie derzeit am intensivsten?

Zeng: Wie man einen Quantencomputer sinnvoll nutzt. Wie können wir damit etwas Praktisches in der Quantenchemie oder mit einem Near-term-Quantencomputer etwas im Maschinenlernen anfangen? Was sind Anwendungen für einen Near-term-Quantencomputer?

Golem.de: Werden Quantencomputer endlich die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest ermitteln?

Zeng: Wenn man Quantencomputer als Maschine behandelt, die Antworten auf Fragen gibt, dann nicht. Aber der Prozess, Quantencomputer zu bauen und zu verstehen, was Quantencomputer sind - dann ist die Antwort ja.

Ich glaube, die Quantenphysik zeigt uns, dass die Welt anders ist, als wir intuitiv dachten, wie sie sein würde. Sie zeigt uns, dass die Wirklichkeit anders ist. Quantencomputer zeigen, dass wir mit dieser Realität neue Sachen machen können, die man sich vorher nicht vorstellen konnte. Das kann hilfreich sein.

Sobald wir Quanteninformationen und Quantencomputer als Technik haben, wird es leichter sein, Quantenphysik zu lernen. Dann können wir den nächsten Schritt machen und darüber nachdenken, was hinter der Quantenphysik ist. Darüber wissen wir jetzt noch nichts. Es kommt aber immer etwas als Nächstes - und die Quantencomputer werden uns dabei helfen, zum nächsten Ding zu kommen.



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