Googles "Quantum Supremacy" ist nicht das Ende der Verschlüsselung
Google sagte, dass sein Quantencomputer
konventionelle Modelle übertraf. Aber es wird noch Jahre dauern, bis Sie
eine für etwas Praktisches verwenden können.
Googles Quantencomputer hat in 200 Sekunden
eine Aufgabe erfüllt, die den schnellsten Supercomputer der Welt 100.000
Jahre gekostet hätte,
Google hat letzte Woche versehentlich
Informatikgeschichte geschrieben. In den letzten Jahren war das
Unternehmen Teil eines sich verschärfenden Wettbewerbs mit Rivalen wie
IBM und Intel, um Quantencomputer zu entwickeln, die durch das
Erschließen der Quantenphysik immense Macht bei einigen Problemen
versprechen. Das Suchunternehmen hat versucht, sich abzuheben, indem es
behauptete, seine Prototypen von Quantenprozessoren stünden kurz davor,
"Quantenüberlegenheit" zu demonstrieren, eine eindrucksvolle Phrase, die
sich auf ein Experiment bezieht, bei dem ein Quantencomputer einen
klassischen übertrifft. Einer der führenden Google-Forscher sagte
voraus, dass das Unternehmen diesen Meilenstein im Jahr 2017 erreichen
würde.
Am Freitag war bekannt, dass Google den
Meilenstein erreicht hat. Die Financial Times verwies auf einen Entwurf
eines Forschungspapiers, das stillschweigend auf einer NASA-Website
veröffentlicht worden war, auf der Google-Forscher das Erreichen der
Quantenüberlegenheit beschreiben. Innerhalb weniger Stunden warnte der
demokratische Präsidentschaftskandidat Andrew Yang, dass Googles
Quantencomputer die Verschlüsselung brechen könnten, und
Quantencomputerforscher versuchten, der Welt zu versichern, dass
herkömmliche Computer und Sicherheit nicht veraltet.
Experten sind von Googles Leistung
beeindruckt. John Preskill, ein Caltech-Professor, der 2011 den Begriff
"Quantenüberlegenheit" geprägt hat, nennt ihn eine "wirklich
beeindruckende Leistung in der experimentellen Physik". Aber er und
andere Experten, und sogar Googles eigenes Papier, warnen, dass das
Ergebnis nicht bedeutet, dass Quantencomputer bereit für die praktische
Arbeit sind.
"Das Problem, das ihre Maschine mit
erstaunlicher Geschwindigkeit löst, wurde sehr sorgfältig ausgewählt,
nur um die Überlegenheit des Quantencomputers zu demonstrieren", sagt
Preskill. Es ist unklar, wie lange es dauern wird, Quantencomputer
kommerziell nützlich zu werden; Die brechende Verschlüsselung – eine
theoretisierte Verwendung für die Technologie – bleibt eine ferne
Hoffnung. "Das ist noch viele Jahre her", sagt Jonathan Dowling,
Professor an der Louisiana State University.
Googles konventionelle Computer könnten die
Arbeit seiner Quantencomputer übertroffen haben. Dowling sagt, dass er
und andere Forscher in der vergangenen Woche von dem angeblichen
Durchbruch gesprochen haben, nachdem ein Google Scholar-Alarm sie auf
den Entwurf des Papiers hingewiesen hatte. Das Unternehmen arbeitet mit
der NASA zusammen, die es möglicherweise als Teil eines
Überprüfungsprozesses vor der Veröffentlichung veröffentlicht hat.
Google lehnte einen Kommentar ab. Die NASA reagierte nicht auf eine
Bitte um Stellungnahme.
Google und andere arbeiten an
Quantencomputern, weil sie versprechen, triviale bestimmte Probleme zu
machen, die auf herkömmlichen Computern unpraktisch lange dauern. Der
Ansatz zielt darauf ab, die mathematische Grundlage quantenmechanischer
Merkwürdigkeiten zu nutzen, wie z. B. wie Photonen wie Wellen und
Teilchen gleichzeitig wirken können. In den 1990er Jahren zeigten
Forscher, dass dies eine starke neue Möglichkeit bieten könnte, Zahlen
zu knacken. Das Interesse an dem Feld stieg, nachdem ein Bell
Labs-Forscher einen Algorithmus erstellt hatte, den ein Quantencomputer
verwenden könnte, um lange Verschlüsselungsschlüssel zu brechen, und
zeigte, wie die Technologie konventionelle Maschinen überspringen
könnte.
Weitere Informationen
Der WIRED-Leitfaden für Quantencomputing
In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler und
Unternehmensforscher Prototypen von Quantenprozessoren entwickelt und
Anwendungsfälle in Chemie und maschinellem Lernen angemacht. Diese
Geräte können heute an Daten arbeiten,
aber sie bleiben zu klein und fehleranfällig,
um herkömmliche Computer für praktische Arbeit herauszufordern.
Preskill prägte den Begriff Quantenüberlegenheit in einem Vortrag aus
dem Jahr 2011, in dem er bedenkt, wie Forscher beweisen konnten, dass
Quantenhardware tatsächlich Vorteile gegenüber klassischen Computern
bietet.
Google, IBM, Intel, Microsoft und mehrere
Startups haben seitdem die Investitionen in Quantencomputer deutlich
gesteigert. Das hat den Moment der Quantenüberlegenheit unausweichlich
gemacht. "Das haben wir vielleicht früher als später erwartet", sagt
Dowling.
Ein Grund für diese Erwartung war, dass
Googles eigene Forscher so viel sagten. Im Jahr 2017 prognostizierte
John Martinis, der die Quantenhardware-Forschung des Unternehmens
leitet, dass sein Team bis Ende des Jahres die Vorherrschaft erlangen
würde. Google, IBM und Intel haben alle Quantenprozessoren mit rund 50
Qubits angezeigt, Geräte, die die Bausteine von Quantencomputern sind,
etwa in der Größe, die Experten erwarteten, um quantenübergroße
Überlegenheit zu demonstrieren.
Qubits stellen digitale Daten in Form von 1s
und 0s genauso dar wie die Bits eines normalen Computers. Die Leistung
eines Quantenprozessors ergibt sich daraus, wie Qubits auch einen
Zustand erreichen können, der als Überposition bezeichnet wird und eine
komplexe und ehrlich gesagt verwirrende Kombination von 1 und 0
darstellt.
Die Überlagerung ermöglicht es einer Sammlung
von Qubits auf einem Quantenprozessor, viel mehr als eine entsprechende
Anzahl konventioneller Bits zu tun, zumindest bei einigen Problemen.
Wenn Sie mehr Qubits hinzufügen, nehmen die möglichen Kombinationen
exponentiell zu. Bei etwa 50 Qubits wird es selbst für den größten
Supercomputer schwierig, zu simulieren, was die Qubits tun können.
Dieses Phänomen untermauert Googles
Überlegenheitsexperiment. Seine Forscher forderten einen
Quantenprozessor namens Sycamore mit 54 Qubits heraus, um den Ausgang
eines Quantenzufallszahlengenerators zu beproben. Sie stellten eine
Version der gleichen Herausforderung für einige leistungsstarke
Google-Server-Cluster fest, sowie für den Summit-Supercomputer im Oak
Ridge National Lab, dem schnellsten der Welt, seit es letztes Jahr
eingeschaltet wurde.
Googles Papier sagt, dass die herkömmlichen
Maschinen nur mit dem Problem beginnen konnten. Ein Top-Supercomputer
wie Summit hätte etwa 10.000 Jahre gebraucht, um dem zu entsprechen, was
der Sycamore-Quantenprozessor in 200 Sekunden tat, behauptet er.
Wie Preskill anmerkt, war dieser Wettbewerb
uneinheitlich. Google wählte sorgfältig ein Problem, das natürlich für
seine Quantenhardware geeignet ist, und schreibt in seinem Papier, dass
"technische Sprünge" noch benötigt werden, um das Versprechen des
Quantencomputers zu realisieren. Dowling und andere schätzen, dass es
Millionen von hochwertigen Qubit-Geräten brauchen würde, um die
Verschlüsselung zu bedrohen, aufgrund der Komplexität der beteiligten
Algorithmen.
Scott Aaronson, Professor an der University of
Texas, lehnte es ab, die Einzelheiten von Googles Papier zu
kommentieren, bis es offiziell veröffentlicht wird. Aber er sagt, dass
eine bestätigte Demonstration der Vorherrschaft immer noch ein
nützlicher Marker sein wird. "Man hätte ähnliche Dinge über den Flug bei
Kitty Hawk sagen können, [dass] es nur ein irrelevanter Beweis für das
Konzept ist", sagt er. "Du brauchst einen Proof of Concept, bevor du die
nützlichen Dinge tun kannst."
Nützliche Dinge, die Google und seine Rivalen
sagen, Quantencomputer könnten die Verbesserung chemischer Simulationen,
für Anwendungen wie Batteriedesign und Arzneimittelentdeckung, und einen
Schub für maschinelles Lernen. Unternehmen wie JP Morgan und Daimler
testen IBMs Quantencomputer-Hardware, während die NASA mit Google und
anderen Unternehmen zusammenarbeitet, weil sie hofft, dass
Quantencomputer bei der Terminierung von Missionen und der Erkennung von
Exoplaneten helfen können.
Wie nah Quantencomputer an der Erfüllung
dieser Aufgaben sind, ist unklar. Dario Gil, FORSCHUNGSdirektor von IBM,
gratulierte Google zu seinem Ergebnis, äußerte aber die Sorge, dass der
Begriff "Überlegenheit" zu überhöhten Erwartungen außerhalb der
rarifizierten Welt der Quantencomputerforschung führen könnte. "Wir
müssen Maschinen bauen, die einen praktischeren Wert haben, und das ist
nicht jetzt oder nächstes Jahr", sagt er. "Es wird einige Zeit dauern."
Tom Simonite ist senior writer für WIRED in
San Francisco und berichtet über künstliche Intelligenz und ihre
Auswirkungen auf die Welt. Zuvor war er Büroleiter bei MIT Technology
Review in San Francisco und schrieb und redigierte Technologieberichte
beim New Scientist Magazine in London. Simonite erhielt einen
Bachelor-Abschluss von... Lesen Sie mehr
Senior Writer
https://www.wired.com/story/googles-quantum-supremacy-isnt-end-encryption/
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