Seth Lloyd startete mit Quantencomputing eine technologische Revolution
Vordenker

Vater des Quantencomputings

1993 startete Seth Lloyd eine technologische Revolution mit der ersten realisierbaren Konstruktion von Quantencomputern. Heute optimieren sie „nur“ Industrie 4.0- und Echtzeit-Prozesse, doch vielleicht können sie sogar das Universum entschlüsseln.
Autor: Sabine Waffenschmidt
Fotos: Dimitry Rozhkow

VITA​​​​​​​
Seth Lloyd (58) studierte in Harvard und Cambridge und promovierte 1988 an der Rockefeller University über „Black Holes, Deamons and the Loss of Coherence: How complex systems get information, and what they do with it“. Anschließend war er als Post-Doc am Caltech und am Los Alamos National Laboratory. Seit 2002 ist er Professor für Maschinenbau und seit 2014 auch für Physik am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Er beschäftigt sich mit komplexen Systemen, insbesondere mit Quantensystemen, und leistete bedeutende Beiträge auf dem Gebiet der Quanteninformatik, Quantenkommunikation und Quantenbiologie.
Pionier, Guru, sogar Revolutionsführer – das sind Worte, mit denen er gerne beschrieben wird. Dabei ist Seth Lloyd nicht nur einer der klügsten Köpfe in seinem Feld. Mit seiner Begeisterung und einem sympathisch-nerdigen Auftritt zieht der Professor für Maschinenbau und Physik am MIT Kollegen wie Laien gleichermaßen in den Bann. Angetrieben ist er durch eine der elementaren Fragen der Menschheit: Was soll das alles bedeuten? Und vom Wunsch, Fragen des Universums auf den Grund zu gehen, die schon sein weltweit renommierter Doktorvater Heinz Pagels Ende der 80er-Jahre gestellt hat.
Der Durchbruch ist dem Quantenmechaniker, wie er sich selber nennt, 1993 gelungen: Er entwarf den ersten realisierbaren Konstruktionsplan eines Quantencomputers. Was heute eines der zentralen und aufregendsten Forschungsthemen in der IT-Branche ist, war zuvor ein Nischenthema ohne Aussicht auf Erfolg. „Ich hatte damals zehn schwierige Jahre hinter mir. Trotz Abschlüssen aus Harvard und Cambridge wollte mich keiner haben. Mein Thema, das Zusammenwirken von Information mit komplexen Systemen und insbesondere Quantensystemen, interessierte damals kaum jemanden. Heute ist das vollkommen anders, alle wollen über Quantenphysik und Quantenmechanik sprechen“, sagt Lloyd.

Parallel statt Linear

Quantencomputing ist mit großen Hoffnungen verbunden. „Es löst bestimmte Aufgaben, die die besten Supercomputer nicht lösen können. Denn anders als klassische Bits, die zwei mögliche Zustände – nämlich 1 oder 0 – annehmen können, befinden sich Qubits in beiden Zuständen gleichzeitig. Sie rechnen parallel statt linear“, erklärt Lloyd. Ein Quantencomputer mit 50 Qubits könnte also 2 hoch 50 Zustände gleichzeitig annehmen. Das sind 1.125.899.906.842.624 Zustände. Experten prognostizieren, dass ein solcher Rechner die „Quantenüberlegenheit“ erreicht, also den Augenblick, in dem ein Quantencomputer bei der Ausführung einer Aufgabe die besten klassischen Supercomputer übertrifft. IBM, Intel, Google und andere Unternehmen stecken längst jede Menge Geld in den Bereich. Das Problem: Die Qubits sind sehr empfindlich und verlieren bei kleinsten Störungen ihren Superpositionszustand. Deshalb sind Quantencomputer so schwer zu bauen. 
„Zu den Aufgaben, die sie lösen sollen, zählen zum Beispiel spezielle Algorithmen aus dem Bereich der Kryptografie und die Optimierung von maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz. Auch Echtzeitsysteme, die Daten gleichzeitig analysieren und optimieren müssen und mit Mustererkennung mithilfe von KI Prognosen erstellen, würden durch die Rechenkapazität von Quantencomputern maßgeblich unterstützt“, sagt Lloyd. Überhaupt eignen sich Quantencomputer hervorragend für den Einsatz in der Industrie 4.0, insbesondere für Optimierungsprozesse in IoT-Umgebungen. Aktuell arbeitet Lloyd mit einem deutschen Autobauer an einer Lösung, die Fehler in der Produktion verhindert, bevor sie auftreten. Predictive Real Time wenn man so will.

Bahnbrechende Technologie​​​​​​​

Marktreif werden Quantencomputer in frühestens fünf Jahren, so Lloyd. Mithilfe sogenannter Quantensimulatoren können Experten aber schon heute die Anwendungen und Algorithmen der Zukunft entwickeln. Doch das Potenzial von Quantencomputern reicht weit über Industriezwecke hinaus. Mit ihnen könne man sich den großen Herausforderungen der Menschheit stellen, Innovationen entwickeln, die die Infrastruktur von Megacities managen, Krankheiten heilen oder dem Klimawandel entgegenwirken. Kurz: Quantencomputer könnten zur bahnbrechendsten Technologie des 21. Jahrhundert werden. 
Lloyd geht noch einen Schritt weiter. Er behauptet, dass das Universum selbst ein großer Quantencomputer ist, der ein kosmisches Programm ausführt. „Das Universum verarbeitet ständig Informationen auf fundamentaler Ebene. Alles, was um uns passiert, speist Informationen in dieses fortlaufende Programm – und was dabei herauskommt, ist nicht weniger als die Realität selbst. Wenn wir Quantencomputing auf der kleinsten Ebene von Atomen, Photonen und Elementarteilchen verwenden können, lässt sich das Universum entschlüsseln.“ Irgendwie würde man sich nicht wundern, wenn Seth Lloyd sich irgendwann ins Universum einhackt – und mit Antworten zurückkommt, die quasi ein Standardwerk der Quantenphysik fortschreiben würden: „The Cosmic Code. Quantum Physics as the Language of Nature“. Die vielfach ausgezeichnete Publikation stammt von Lloyd’s Doktorvater Heinz Pagels. Dem deutsch-amerikanischen Physiker blieb Lloyd bis heute tief verbunden. Als junger Doktorand war er dabei als im Sommer 1988, beim gemeinsamen Bergsteigen in Colorado, sein Doktorvater tödlich verunglückte. Viele dessen wissenschaftlicher Fragen blieben vorerst unbeantwortet.

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