Guten Abend, sehr verehrte Damen und Herren, ich darf Sie ganz ganz herzlich im Kepler-Salon begrüßen. Heute bei einem ein wenig schwierigen Thema, aber ich glaube, es wird ein spannendes. Denn Sie sitzen zu Hause, wie ich annehme, vor Ihren Computern und diese Computer werden sich verändern. Ihre Schaltkreise werden immer kleiner und irgendwann, wenn dieser Prozess weiterführt, kommen wir in eine Welt, wo alles anders ist, wo nichts mehr gilt, was in der großen physikalischen Welt gilt, nämlich wir sind dann in der Quantenmechanik. Und wer sollte uns in diesem Raum besser helfen vorzudringen als unser heutiger Gast, nämlich Richard Küng, Physiker an der JKU. Vielen herzlichen Dank fürs Hiersein. Richard Küng, Physiker an der JKU. Vielen herzlichen Dank fürs Hiersein. Ich darf unseren Gast kurz vorstellen und auch mich. Ich bin der Wissenschaftsredakteur der oberösterreichischen Nachrichten, Klaus Buttinger mein Name. Und Richard Küng, ein, wenn ich es so sagen darf, junger Mann. Noch er studierte Physik in Zürich an der Eidgenössischen Technischen Hochschule. Die Doktorarbeit absolvierte er in Köln, an der Uni Köln und er hatte Post-Doc-Aufenthalte in Berlin und in Kalifornien an der Caltech, einem renommierten Institut und seit April des Vorjahres ist er als Professor am Department of Computer Science an der JKU tätig. Und unser Thema wird heute sein der Quantencomputer. Untertitel Hirngespinst oder Zukunftsmusik? Und was es sein wird, das wird uns der Professor Richard Küng jetzt ein bisschen versuchen zu erklären. Und ich bitte ihn um seine einführenden Worte. Ja, vielen, vielen Dank, dass ich heute hier sein darf und ich freue mich mächtig, Ihnen eine kleine Exkursion ins Reich des Quantencomputers anzubieten und ich lade Sie dazu ein, mir damit zu folgen. Es wird an einer Stelle ein bisschen schwierig werden, aber es ist nicht unbedingt notwendig, mir da ganz zu folgen und da gibt es ja auch gute Aspekte an der Online-Zeit, wenn Sie über YouTube schauen und ich ein bisschen schnell bin. An einem Moment, da werde ich sein, da können Sie dann auch nachher nochmal zurückspulen und sich das genauer anschauen. Aber bevor wir uns aufmachen in die Welt des Quantencomputers, möchte ich nochmal eine Lanze für den normalen Computer brechen. Weil die Computer, die wir heute haben, sind ja wirklich spektakuläre und unglaublich mächtige Werkzeuge. Und das ist ziemlich beeindruckend, wenn man daran denkt, dass es die ersten funktionalen Computer eigentlich erst in den 40er Jahren gegeben hat. Das heißt, in den letzten 80 Jahren ungefähr im Menschenleben haben sich die Computer von primitiven Röhrengeräten, die so groß waren wie ein ganzer Turnsaal, weiterentwickelt zu den Personal Computers und Handys, die wir heute haben, bis hin zu Supercomputern, die unglaubliche Rechenleistungen haben. Und Computer, das sagt auch der Name, sind ursprünglich dazu gebaut worden, um Dinge auszurechnen. Ein Computer auf Englisch ist eine Person, die ausrechnet. Und ich würde sagen, heute haben sie wirklich diese Erwartungen übertroffen. Und wenn wir an Taschenrechner oder an Rechnungen denken, da sind die Computer wirklich schnell und sie haben unser Leben nachhaltig verändert. Gerade hier in Oberösterreich möchte ich das Wort Digitalisierung erwähnen, was Rechnen im breiteren Sinn ist und wir kriegen jetzt vielleicht sogar eine Technische Hochschule, die nur dem Thema Digitalisierung gewidmet ist. Und gleichzeitig sind die Computer mittlerweile, die, die wir haben, schon so stark, dass sie nur Sachen können, die wir ursprünglich nicht erwartet hätten. Nämlich, dass sie lernen können, dass es die künstliche Intelligenz gibt, dass es Machine Learning gibt, dass es Spracherkennungssoftware gibt, wie Siri oder Alexa. Oder auch, dass es möglich ist, einem Computer komplexe Spielstrategien wie in Go beizubringen. Und das ist auch etwas, wo Computer jetzt wirklich, wirklich viel leisten. Das heißt aber nicht, dass ein Computer übermächtig ist und alles kann. Es gibt nämlich auch wichtige Probleme, wo Computer, selbst die besten Supercomputer schwächeln müssen. Und ich möchte das anhand meiner Folie, ist eine Kurve, wo sie exponentielles Wachstum sehen. Und nein, das ist keine Corona-Kurve, von denen haben wir wirklich genug gehabt. Das ist als Abbildung, die Kosten, die damit verbunden sind, ein neues Bitcoin zu meinen. Vielleicht erinnern Sie sich an den Bitcoin-Hype. Und wie Sie sehen können, gehen diese Kosten auch exponentiell hoch, und zwar nicht unbedingt in der Zeit, sondern in der Anzahl der Bitcoins, die es schon gibt. Und das ist eine clevere Entscheidung gewesen der Erfinder von Bitcoin, um so Inflationen entgegenzuwirken. Sie haben das Bitcoin bewusst an eine Rechenaufgabe geknüpft, die sie schwerer machen können. Und zwar exponentiell schwerer. Und das heißt, bei solchen Problemen kommen sogar Supercomputer ins Schwitzen. Und Bitcoin ist vielleicht ein bisschen ein exotisches Beispiel, aber zum Beispiel in der Quantenchemie oder in der Pharmakologie gibt es auch Probleme, die wir wirklich gern lösen würden. Zum Beispiel das Berechnen eines Grundzustands, eines nicht ganz so komplizierten Moleküls. Und das ist aber auch schwierig. Und unsere Computer, wie wir sie kennen, kommen da ein bisschen ins Straucheln. Und das sind genau die Aspekte, wo der Quantencomputer einhaken kann. Und wenn Sie eins von meiner Exkursion mitnehmen, dann bitte, dass Quantencomputer nicht die nächste Generation der Supercomputer sind. Unsere Computer sind schon stark, so wie sie sind. Computer sind schon stark so, wie sie sind. Sie sind eine fundamentale andere Herangehensweise ans Rechnen, die speziell dafür gebaut ist, genauso schwierige Probleminstanzen wie das Simulieren mikroskopisch kleiner Systeme und aber auch das Berechnen von schwierigen Funktionalitäten ermöglicht. Und der Grund für diese Andersartigkeit liegt mehr oder weniger darin, dass sich die Welt im ganz, ganz Kleinen, im Quantenmechanischen, fundamental von unserer makroskopischen Welt, in der wir leben, unterscheiden. Und das möchte ich kurz anhand eines vielleicht intuitiven Beispiels erläutern, das jeder von uns kennt, der schon mal am Samstagabend Fußball geschaut hat, nämlich das Torwandschießen. Das ist ein relativ einfaches Spiel, wo ein Spieler einen Fußball hat und der Spieler will den Fußball ins Tor befördern und damit es nicht ganz so einfach ist, ist zwischen Spieler und Tor eine Mauer, die nur ein paar Löcher hat. In meinem idealisierten Beispiel sehen Sie auf der Slide, sind das symmetrische Löcher zwei auf der Mitte. Und die Aufgabe ist jetzt, den Ball ins Tor zu befördern. Und ich glaube, keiner von uns hat Probleme damit, diesen Ansatz, diese Fragestellung intuitiv zu begreifen. Und es ist uns allen klar, dass wenn man den Ball ins Tor schießen will, dann muss man entweder durch das eine Loch hindurch kommen oder durch das andere. Vielleicht gibt es ein paar Variationen, weil die Löcher ein bisschen größer sind oder man kann eine Banane schießen, aber im Prinzip ist da nichts Spektakuläres dabei und keiner von uns wird sich wundern, wenn jemand kommt und sagt, ich verstehe jetzt die Gesetze der Mechanik so gut, dass ich meinen Computer nehmen kann und vielleicht sogar so eine Trajektorie von einem Ball im Voraus berechnen kann, wenn ich genug vom Anfang weiß. Und jetzt als Einstieg in die Welt der Quantenmechanik spielen wir das gleiche Spiel, aber zehn Größenordnungen kleiner im Nanometerbereich. Da gibt es auch so etwas wie Fußballe. Fußballe, das heißt, das sind Fullerene, das sind Kohlenstoffmoleküle in der Form eines Fußballs. Und ein paar klärfache Wissenschaftler, die wir heute kennen, zum Beispiel Markus Arndt und Anton Zeilinger waren das damals, die haben dieses Torwandschießen im Mikroskopischen gespielt. Die haben eine Möglichkeit gefunden, zu einem Fußballmolekül einen Impuls von einer Seite zu geben und dann genau den gleichen Versuchsaufbau gemacht. Aber was sie gesehen haben, war was fundamental anderes, als man von Torwandschießen gewohnt ist. Nämlich, sie haben viele Wiederholungen gemacht und diese Fußballmoleküle durchgeschickt und statt der Torwand haben sie so eine Art Fotofilm gehabt, wo diese Fußballmoleküle kleben geblieben sind und nach einer gewissen Zeit konnte man schauen, wo die denn auftreffen. Und ich habe das probiert zu skizzieren, dass die Verteilung total uninditiv ist eigentlich. Also die meisten Fußballmoleküle haben sie direkt hinter dem Hindernis an der Wand gesehen. Also da, wo wir klassisch überhaupt keine Teilchen vermuten würden. Und dann, um es noch schlimmer zu machen, hat es daneben einen Aspekt, Bereiche gegeben, die näher an den Löchern sind, aber wo überhaupt keine Fußballmoleküle auftreffen. Und ich würde sagen, erstens ist das mikroskopische Fußballspiel ein bisschen schwieriger, weil es nicht so einfach ist festzustellen, wo die Fußballmoleküle hin sind. Die sind selbst mikroskopisch klein. Ich würde vor allem sagen, das Ergebnis ist jetzt nicht so intuitiv, aber, und das möchte ich in der nächsten Slide betonen, es ist nicht so, als ob das mysteriös wäre. Es ist so, dass in dieser mikroskopischen kleinen Skala fangen andere Gesetzmäßigkeiten zu herrschen, die der Quantenmechanik, und die sind fundamental anders und für uns unintuitiv, aber es sind nichtsdestotrotz klare Regeln. Und diese klaren Regeln erlauben es, auch das mikroskopische Fußballbeispiel zu erklären. Und jetzt kommt die eine Slide, vor der ich schon ein bisschen gewarnt habe, wo wir vielleicht ein bisschen schnell werden. Und ich würde gerne die Regeln, die es braucht, um dieses Beispiel, das mikroskopische Fußballspiel zu erklären, an einem einfacheren, idealisierteren Beispiel herausarbeiten. Und das ist ein Beispiel mit Optik, das im Herzstück das sogenannte Machtsender Interferometer hat. Das kann man sich vorstellen wie so ein Quadrat aus Spiegeln und das Interessante daran ist, ist, dass der erste Spiegel unten links und der letzte Spiegel oben rechts halb durchlässig sind. Das heißt, wenn da Licht auftritt, dann wird es zu 50 Prozent reflektiert und in eine andere Bahn gelenkt und zu 50 Prozent kann es durchtauchen. Und das ist eigentlich ein ähnlicher Aufbau wie das Fußballmolekülspiel, mit dem Unterschied, dass wir hier jetzt zwei klar definierte Möglichkeiten haben, nämlich entweder das Licht kommt von links und ich nenne das Zustand 0 oder das Licht kommt von unten und das ist Zustand 1. Und in diesem einfachen Beispiel gibt es einfach nur diese beiden Möglichkeiten und die Gesetze der Wellenmechanik, die auch die Quantenmechanik beschreiben, sagen, wenn mein Licht oder mein mikroskopisches Teilchen später von links kommt, Zustand 0, dann kommt es auch links wieder raus. Das ist ein Interferenzeffekt. Und wenn das Teilchen von unten kommt, im anderen Zustand ist, dann kommt es auch im anderen Zustand wieder raus. Aber das Spannende an dem Mach-Zehnder-Interferometer ist, dass es zwischen dem Reingehen und dem Rausgehen sich in zwei Richtungen aufspaltet. Der erste halbdurchlässige Spiegel spaltet auf und der zweite Spiegel, funktional identisch, führt aber wieder zusammen. Das heißt, wir fangen mit einem wohldefinierten Zustand an, 0 oder 1. Es wird etwas Spannendes dazwischen und dann wird es wieder der gleiche Zustand am Schluss. Und was spannend wird, und wo die Gesetze der Quantenmechanik anfangen wirklich zu greifen, ist, wenn wir ein bisschen gierig sind und in das Interferometer reinschauen. Und anstatt quasi alles fertig werden zu lassen, testen wir innen drinnen ab und testen zum Beispiel, ob Licht unten durchkommt. Und was wir dann sehen, und das ist von der Wellenmechanik, wenn man sich das als Wellen vorstellt, auch nicht ganz unvorstellbar, ist, dass der halbdurchlässige Spiegel genau das macht, was man von ihm erwartet, nämlich 50 Prozent des Lichtes kommt durch und wenn es unten entlang geht, können wir es entdecken und detektieren und wenn es aber nicht unten entlang geht, dann muss es oben entlang gehen, aber wir haben die zweite Linie unterbrochen mit unserem Detektor und dann spaltet der zweite halbdurchlässige Spiegel auch auf. Und was das heißt, ist, dass der halbdurchlässige Spiegel einen wohldefinierten Zustand nimmt, nämlich zum Beispiel von links kommend den Nullzustand und in eine Überlagerung von nach links und von unten kommend gibt. Also der halbdurchlässige Spiegel nimmt einen wohldefinierten Zustand und produziert eine Überlagerung, so dass wenn wir die messen, mit Wahrscheinlichkeit 50 Prozent sehen wir wieder, er kommt von links und mit Wahrscheinlichkeit 50 Prozent können wir schließen, er kommt von unten. Und das Gleiche gilt, wenn man den anderen Lichtimpuls von unten reinschicken. Und das zeigt, also das sind Regeln, die wir so abstrahiert haben und die erlauben uns festzustellen und klarzumachen, dass am Anfang des Experiments haben wir wohldefinierte Zustände, am Ende des Experiments haben wir wohldefinierte Zustände und wenn wir alles vollständig beschreiben wollen, dann haben wir dazwischen, können wir auch einen wohl definierten Zustand einführen. Und das nennt sich Superposition oder Überlagerung. Und das heißt, dass das Wellenpaket oder das quantenmechanische Teilchen sowohl im einen Zustand ist, als auch im anderen. Okay, und ich möchte nochmal darauf hinweisen, das sind klare Regeln, die dieses Experiment und das können wir machen im Labor, wirklich hinreichend beschreiben. Und die wollen wir jetzt ein bisschen abstrahieren und weg vom Machtsender-Interferometer gehen und als eigenständigen quantenmechanischen Effekt behandeln. Und dieser quantenmechanische Effekt ist, ich habe ein System, das in einem von zwei möglichen Zuständen sein kann, 0 oder 1, im vorigen Beispiel war es von links kommen oder von unten. Und jetzt habe ich eine wohldefinierte Operation, die so einen Zustand nimmt und in eine Superposition überführt. Eine Überlagerung zwischen 0 und 1, das war das im Inneren des Machtseil-iteninterferometers und gleichzeitig kann man sehen, dass wir das am Schluss wieder rückgängig machen können. Das heißt, wir können in Überlagerung gehen und das System aber wieder aus der Überlagerung rausholen. Und das ist ein sehr sehr bekanntes Konzept in der Populärwissenschaft, das ist nämlich Schrödingers Katze. Schrödinger hat ein berühmtes humoristisches Beispiel gehabt, wo er den Zustand 0 mit einer Katze, die lebt, gleichgesetzt hat und den Zustand 1 mit einer Katze, die tot ist. Und er hat die Gesetze der Quantenmechanik hergenommen, um zu argumentieren, dass es möglich ist, eine lebende Katze in eine Superposition, in eine Überlagerung von Lebend und Tod zu bringen. Und was er aber vergessen hat zu erwähnen, ist das Happy End zu diesem Beispiel, nämlich dass man die Superposition wieder rückgängig machen kann. Das heißt, man kann ein katzenfreundliches Experiment bauen, wo man mit einer lebendigen Katze anfängt, sie in Superposition bringt und wichtig, wenn man will, sie auch wieder da rausholt und wieder sicherstellt, dass sie lebt. Okay, das wäre eine Regel und das ist die Operation, die quantenmechanische Operation, in Superposition gehen. Und das zweite Konzept, das ich herausarbeiten musste, ist das Konzept einer quantenmechanischen Messung. Wir haben gesehen, dass es eine Rolle spielt, ob und wann wir im Interferometer nachschauen, in welche Richtung unser Teilchen, unser quantenmechanisches System sich bewegt. Und die Messungen sind wohl definiert, wenn wir einen wohldefinierten Zustand haben, also einen klaren Zustand haben, wie zum Beispiel, wenn das Licht von links kommt, dann messen wir, dass es von links kommt. Und wenn es von unten kommt, dann messen wir, dass es von unten kommt. Und das Interessante ist jetzt, wenn wir in Superposition gehen, dann kommen beide Möglichkeiten mit der gleichen Wahrscheinlichkeit vor. Und das heißt im populärwissenschaftlichen Umgang, heißt das, dass das ein probabilistisches Event ist, dass Wahrscheinlichkeiten eine Rolle spielen und man kann ein bisschen überspitzt sagen, das ist die Antwort der Quantenmechanik auf Einstein, die sagt, dass Gott doch würfelt. Und ein verwandter Begriff dabei ist auch der Kollaps der Wellenfunktion. ist auch der Kollaps der Wellenfunktion. Und das war jetzt alles ein bisschen viel, da bin ich mir ganz, ganz sicher, aber worauf ich hinweisen will, ist, dass das auch klare Regeln sind. Es ist nicht das, was wir aus dem alltäglichen Leben kennen, aber wir können unsere Alltagserfahrung und Intuition mit diesen neuen Regeln verbinden und auch quantenmechanische Prozesse eindeutig beschreiben und zu verstehen zu lernen. Und der wichtigste Bestandteil in meinen Augen sind diese zwei fundamentalen Regeln, die neue Möglichkeit, einen Zustand, der entweder 0 oder 1 ist, in Superposition zu bewegen und die probabilistischen Messungen. Und daraus können wir durchaus komplexere Quanteneffekte, die Sie wahrscheinlich auch alle schon mal gehört haben, modular aufbauen. Hier ist zum Beispiel ein Beispiel. Das einfachste, nicht ganz triviale, ist, wenn wir mit zwei Quantensystemen anfangen und wir sagen, beide Quantensysteme, verschiedene, fangen im wohl definierten Nullzustand an. Und der Nullzustand kann wieder sein, irgendwie Licht kommt von links oder das Teilchen kommt von links, aber es kann auch ein abstrakterer Zustand sein, den wir einen Namen geben. Und dann haben wir jetzt zwei Zustände zur Verfügung und wir können das erste System in Superposition bewegen, indem wir die Aktion Geh in Superposition bewegen, indem wir die Aktion Geh in Superposition machen. Im zweiten System machen wir gar nichts, das bleibt in Nullzustand. Und das erste System geht in Superposition, ist sowohl in Null als auch Eins. Und jetzt können wir was machen, was wir sonst in einem Computerchip machen würden oder in dem Aufbau eines konventionellen Computers, wir können die Information im einen System, 0 oder 1, an die Information im anderen System koppeln. In diesem konkreten Beispiel schlagen wir vor, dass wir das zweite System von 0 auf 1 flippen, also den Zustand ändern, genau dann, wenn das erste System im Zustand 1 ist. Und wenn es im Zustand 0 ist, macht man gar nichts. Das ist eine elementare Operation aus der Chip-Industrie, aus der Informatik, die CNOT heißt. Und wir können das jetzt mit der Superposition verbinden. Und was wir am Schluss kriegen, ist eine Korrelation zwischen der Superposition im ersten Teilchen und dem Wert des zweiten Systems. Und wir kriegen etwas, das wie eine ganz, ganz starke Korrelation ausschaut, nämlich eine Superposition zwischen 0 im einen System und 0 im anderen System, sowie 1 in einem System und 1 im anderen System sowie 1 in einem System und 1 im anderen System. Und das ist jetzt auf einmal nicht eine Superposition, die zwei möglicherweise weit entfernte Quantensysteme beinhaltet und eine ganz, ganz starke Korrelation hat. Wir kennen das als Verschränkung oder spukhafte Fernwirkung. Und es ist tatsächlich dieses kleine, relativ kleine System, was hinter dem Quanten-Internet und den spektakulären Experimenten, die unsere Kollegen in Wien machen, zum Beispiel steht. Okay? Also, was die Take-Away-Message ist, es gibt klare Regeln, die uns erlauben, wirklich aus der Quantenmechanik Sinn zu machen und uns elementare Bausteine geben. Und wir können diese elementaren Bausteine verwenden, um komplexere Quanteneffekte aus Einfachen aufzubauen. Das ist eine Standardherangehensweise in der Naturwissenschaft, aber auch in der Informatik. aber auch in der Informatik. Und diese Aufbaue zeigen auch auf, warum es schwierig sein kann, für Supercomputer quantenmechanische Effekte wirklich zu berechnen und zu beschreiben. Weil wir können jetzt diesen Aufbau nehmen und hochskalieren. Wir haben jetzt nicht mehr nur zwei Quantensysteme, wie bei unserem Verschränkungsbeispiel, sondern wir haben ganz, ganz viele, bis zu Hunderte. Und die können wir alle in einem wohldefinierten Eingangszustand, zum Beispiel in einer Null initialisieren. Und jetzt können wir was machen, können wir uns inspirieren lassen von der Informatik, vom Chipdesign und auf diesen verschiedenen quantenmechanischen Zuständen eine komplexe Rechenanleitung oder einen Schaltkreis laufen lassen. Und wenn wir jetzt annehmen, und das könnte einen quantenmechanischen Prozess, der halt komplex ist, beschreiben. Und was uns jetzt aber die Quantenmechanik erlaubt, ist bevor wir diese klassische Funktionalität ausführen, könnten wir im Prinzip jedes einzelne dieser Teilchen in Superposition bringen vorher, bevor wir die Funktionalität durchlaufen lassen. Und was das effektiv produziert, ist eine Superposition, eine Überlagerung von allen möglichen Anfangskombinationen zwischen 0 und 1. Und das sind exponentiell viele. zwischen 0 und 1. Und das sind exponentiell viele. Wenn wir n Teilchen haben, dann ist die mögliche Kombination aller Nullen und Einsen 2 hoch n. Und das ist eine wirklich, wirklich große Zahl, die schnell größer wird. Wenn wir zum Beispiel 300 solcher relativ einfacher Quantensysteme haben, dann haben wir 2 hoch 300 Kombinationen. Das ist eine Zahl, die größer ist als die Anzahl der Atome im Universum. Und diese Sachen, das sieht jetzt vielleicht ein bisschen contrived und ein bisschen zusammengebaut aus, aber genau diese Effekte passieren, wenn wir mit klassischen Supercomputern quantenmechanische Effekte, die ein bisschen komplexer sind, simulieren wollen. Und es sind diese Superpositionen, die Notwendigkeit, klassisch so viele Kombinationen durchzurechnen, die es wirklich schwierig machen, für Supercomputer mikroskopische Systeme zu berechnen. Aber gleichzeitig habe ich wirklich sehr versucht, rüberzubringen, dass für ein mikroskopisch kleines Teilchen, für ein Quantensystem, das zwei wohldefinierte Zustände hat, 0 oder 1, ist die Operation von Insuperposition überhaupt nichts Kompliziertes. Das ist ein wohldefinierter, ziemlich einfacher quantenmechanischer Effekt. Und das ist eigentlich die Idee hinter dem Quantencomputer. Anstatt zu probieren, diese komplexen Rechenanleitungen auf unseren Supercomputern laufen zu lassen und dann ins Schwitzen zu kommen, wenn quantenmechanische Effekte wie die Superposition kommen, lass uns doch einfach gleich einen Computer bauen, wo die Informationsträger nicht Bit sind, sondern quantenmechanische Systeme. Weil dann wäre die Möglichkeit in Superposition gehen und andere Quanteneffekte einfach eine Funktionalität von der Rechenarchitektur an sich und wir könnten problemlos mit Superpositionen rechnen zum Beispiel. Und das ist die eigentliche Idee hinterm Quantencomputer und das kommt mit ganz, ganz großen Möglichkeiten. Weil wenn wir das aus der klassischen Linie betrachten, erlaubt uns dieser Quantencomputer, das war unser Beispiel von vorher, mit mehr Möglichkeiten, als es Teilchen im Universum gibt, zu rechnen. Und das Ganze kommt aber nicht ganz gratis, weil ich vorher auch gezeigt habe, dass in der Quantenmechanik Wahrscheinlichkeiten anfangen eine Rolle zu spielen und dass der Prozess einer quantenmechanischen Messung nicht ganz so einfach ist. Und das heißt, wir können zwar mit ganz, ganz vielen Möglichkeiten gleichzeitig rechnen, aber die Auslese wird schwierig. Und ich glaube, das macht auch intuitiv Sinn. Wenn ich quasi ein schwieriges Problem auf alle acht Milliarden Menschen auf der Welt verteilen könnte und jeder probiert eine Lösung zu finden, dann wäre ich potenziell schneller, aber ich würde nie fertig werden, nach der richtigen Lösung zu suchen, weil ich acht Milliarden Möglichkeiten durchforsten muss. Aber das Spannende ist, dass das manchmal geht. Und ein Quantencomputer ist genau eine Möglichkeit, die solche neuartigen Rechenansätze denkbar werden lässt. Und das Coole ist, und das ist wirklich relativ neu, das ist eine Entwicklung der letzten zehn Jahre, dass das nicht nur eine hypothetische Konstruktion ist, sondern dass es mittlerweile mehrere verschiedene quantenmechanische Plattformen gibt, die genau das erreichen. Und dieses Konzept ist eigentlich gar nicht so abhängig von den quantenmechanischen Systemen. Alles, was wir brauchen, sind fundamentale Informationsträger, in die wir zwei mögliche Zustände speichern können. Eine 0 und eine 1, ein bisschen wie ein klassischer Computer. Und da gibt es verschiedene Plattformen. Also wo Österreich nach wie vor führend ist, sind sogenannte Ionenrechner. Und das sind die Qubits, also diese Informationsträger, kodiert entweder in dem Grundzustand oder dem ersten angeregten Zustand von einem Ion, das in einer Falle gehalten wird von elektromagnetischen Wellen und das sind dann so schöne Perlenketten von Ionen und jedes einzelne ist ein Qubit und man kann dann physikalisch von außen drauf wirken, um sie zu korrelieren, um Sachen auszurechnen. Das ist eine sehr beliebte Plattform, wo man heute durchaus mehr als 20 Qubits ReRechner bauen kann. Eine andere, das ist die, die weltweit führend ist gerade, sind sogenannte supraleitende Schaltkreise. Das kann man sich vorstellen wie einen Reng aus einem Superleiter. Und da drin kann Strom entweder in eine Richtung fließen oder halt in die andere Richtung fließen. Und so haben wir auch 0 oder 1 kodiert. Und das dritte Beispiel eines Rechners ist, wir nutzen wirklich Lichtteilchen, quantenmechanische Photonen, ein bisschen wie ich es vorher im Mach-Zender-Interferometer erklärt habe, um quantenmechanische Information zu speichern. Und die Geräte, die wir heute haben, die haben zum Teil 10 bis 100 Qubits. Und das ist schon mal eine ziemliche Ansage, weil wenn man das bekannteste Experiment heutzutage ist von Google, die haben 53 Qubits gehabt, 2 hoch 53 Möglichkeiten damit zu rechnen, das ist no joke. Also da tun sich auch Supercomputer schwer. Allerdings sind die Devices, die wir heute haben, diese Geräte, wirklich noch nicht perfekt. Also solche mikroskopischen Informationsträger, so Qubits, sind sehr, sehr fragil. Und es ist auch wirklich nicht so einfach, die miteinander zu koppeln und wirklich genau zu kontrollieren. Und das heißt, dass es Rauschen gibt in unseren Rechnungen. Und das heißt auch, dass wir leider nicht beliebig lang rechnen können, weil mit jeder Operation wir einen kleinen Fehler dazu addieren, einfach weil man die Kontrolle nicht so gut ist und das heißt, wenn man zu viele Operationen machen, dann akkumulieren sich die Fehler und wir kriegen nichts Vernünftiges mehr. Und das heißt, dass die Devices, die wir heute haben, die sind groß genug, um Sachen zu machen, die kein Supercomputer hinkriegen wird, aber wir können auch noch nicht alles machen, weil wir nicht beliebig lang mit ihnen rechnen können, weil sie eben noch rauschig sind. Und damit möchte ich auf die letzte Slide kommen, mit einer vorsichtigen Prognose in die Zukunft. Also wir sind heute, das habe ich gerade probiert zu erwähnen, bei so einer Größenordnung von 50 bis 100 Qubits und das ist genug für die sogenannte Quantum Supremacy, will heißen, Supercomputern echte Grenzen aufzuzeigen. Also was Google mit ihrem 53 Qubit Chip gemacht hat, ist Rechnungen durchzuführen, für die laut ihren Berechnungen oder ihren Estimates der beste Supercomputer bis zu 50.000 Jahre brauchen wird. Allerdings sind das ein bisschen unfaire Vergleiche, weil die Probleme, die Sie angeschaut haben, sind genau so designt gewesen, dass sie besonders leicht für den Quantencomputer sind und besonders schwierig für den Supercomputer. Und leider sind diese Art von Fragestellungen noch nicht wirklich interessant für uns und für Anwendungen. Aber die Entwicklung geht rasant weiter und es ist zu erwarten oder zu hoffen, dass in nicht allzu ferner Zukunft genauere und größere Quantenrechner bei Optimisierungsproblemen oder auch im Quantum Machine Learning helfen können. Und dann ein bisschen further down the road, noch ein bisschen weiter in die Zukunft, kommt dann die Anwendung, die ich persönlich für am vielversprechendsten halte, nämlich Quantensimulation, wo man wirklich, ähnlich wie ich es eingeführt habe, probieren, einen Quantencomputer, eine Quantenarchitektur verwenden, um ein anderes quantenmechanisches System zu simulieren und so nie die quantenmechanische Ebene verlassen und effizient bleiben. Und das hat vielversprechende Anwendungen in der Quantenchemie, in der Pharmakologie zum Beispiel oder auch in der Materialforschung. Und noch weiter in die Zukunft, aber das ist wirklich noch ein Stück weit weg, wenn wir 10 hoch 6, also eine Million Qubits haben, gibt es auch echte Anwendungen aus der Informatik. Da gibt es die berühmten Algorithmen von Shor, die spezielle, scheinbar exotische Zahlentheorie-Probleme lösen. Wie Primfaktorenzerlegung und das Problem des diskreten Logarithmus. Und das klingt vielleicht ein bisschen wie ein Orchideen-Liebhaber-Problem, aber tatsächlich sind das genau die Probleme, wo wir hoffen, dass sie kompliziert sind. Dass Supercomputer Probleme haben, sie zu lösen, weil darauf basiert unsere momentane Security-Analyse. Wenn wir ein Passwort im Internet verwenden, verstecken wir uns hinter diesen Problemen und in entfernterer Zukunft könnten Quantencomputer diese Security auch knacken. Und mit dem möchte ich die Tour beenden und noch einmal darauf hinweisen, dass Quantencomputer nicht besser sind als unsere Supercomputer, aber sie sind anders. Und ich glaube, dass da wirklich viel noch geht, aber es ist kein Sprint, es ist ein Marathon. Wir haben schon einiges geschafft, aber es gibt noch eine lange Strecke zu gehen und ich glaube, wir brauchen noch viel Zeit, Kraft und vor allem auch Kreativität, um wirklich Anwendungsmöglichkeiten für diese Art des Rechnens zu finden. Aber ich persönlich glaube auch, dass sich die Reise lohnt. Danke. Vielen Dank, Professor Köng, für diese Einführung, die nicht ganz einfach war. Am besten hat mir gefallen der Ausdruck rauschige Qubits. Das werden wir uns, glaube ich, noch unterhalten. Aber bevor wir in die Diskussion gehen, möchte ich das werte Publikum informieren, dass wir natürlich Interaktionsmöglichkeiten haben. Wenn Sie uns Fragen schicken wollen, dann tun Sie das doch bitte über die Adresse kepler-salon.at, kepler-salon.at. at jku.at oder wenn Sie über den YouTube-Chat einsteigen wollen, so machen Sie das bitte, wenn Sie einen Account haben. Ansonsten bitte wieder die E-Mail-Möglichkeit nützen. Unser lieber Techniker Ben wird uns über die eingehenden Fragen informieren, sodass wir Sie behandeln können. Ja, gut, rauschige Q-Bits. behandeln können. Ja, gut, rauschige Qubits. Nein, ich möchte auf etwas hinschauen, das vielleicht noch nicht besprochen wurde. Einen Quantencomputer gibt es bereits. Sie werden nicht so groß sein wie unsere Handys. Sie brauchen einen ganzen Raum, so wie die ersten Computer von Zuse und Co. in den 40er Jahren. Was ist das Problem, warum wir eine Quantencomputer nicht als Personalcomputer daheim haben werden, sondern es werden großtechnische Anlagen bleiben, zumindest auf absehbare Zeit. Ich glaube, die Kühlung macht das Problem. Genau, und die hermetische Abregelung. Also was ganz, ganz wichtig ist, ist, dass diese fundamentalen Informationsträger, diese Qubits, das sind wirklich mikroskopisch kleine Systeme, extrem fragil. Und die müssen wir von äußeren Effekten so gut wie es geht abschirmen. Also wir reden von Ionen, wir reden von einzelnen Teilchen. Richtig. Und die muss man mit Kälte ja bremsen, sonst werden die ja nicht zu besichtigen. Richtig, und vor allem Temperatur ist ja nichts anderes als kinetische Energie. Das heißt, wenn wir die irgendwie einsperren würden und nicht ganz, ganz krass runterkühlen, dann wackeln die ja. Genau. Und das wird zu großen Störeffekten. Von welchen Temperaturen reden wir hier? Von ungefähr 200 Millikelvin oder ja. Und das wird zu großen Störeffekten. Von welchen Temperaturen reden wir hier? Von ungefähr 200 Millikelvin oder weniger. Also das sind irgendwie... Das heißt ganz, ganz nahe am absoluten Nullpunkt, der bei 273 oder wo? Genau, ich glaube minus 273 Grad Celsius. Gut, das heißt also, wenn wir diese Ionen fallen, die sie im Endeffekt sind, auslesen wollen und mit ihnen interagieren wollen, dann brauchen wir die Kühlung und minus 270 Grad kann man sich glaube ich vorstellen, dass man sowas nicht in der Hosentasche haben will. Richtig, das ist ein total komplizierter Prozess, das überhaupt so weit runter zu kühlen. Braucht auch eine Menge Energie, oder? Richtig. Gut. Das heißt, große Firmen, Google, IBM, haben die ersten Quantencomputer stehen. Und wie kann man mit ihnen interagieren? Also da ist IBM tatsächlich wegweisend. Die sind oft irgendwie in solchen neuen Technologien drinnen. Also was IBM anbietet, ist, die haben weltweit einige Quantencomputer. Sind halt nicht ganz so groß, also irgendwie so 6 bis, ich glaube jetzt manchmal auch 20 Qubits, vielleicht den neuesten Stand kenne ich nicht ganz, aber da kann man sich wirklich für Quantencomputing-Time bewerben. Das ist ein bisschen so, ich glaube, das ist so ein Business-Modell angedacht, so ein bisschen wie Amazon Cloud Computing und man kann sich dort Quantenrechner-Zeit kaufen und wenn man, und das finde ich auch total super von IBM, von einer Universität kommt oder von einer Forschungseinrichtung, kriegt man manchmal auch Computing-Time umsonst. Das heißt, jeder, der sich eine Fragestellung für einen Quantencomputer überlegt, bewirbt sich dort. Genau, und das ist wirklich auch ein Game-Changer, weil als ich vor ungefähr so zehn Jahren die Anfänge von Quantum Computing gelernt habe, war das alles Papier und Stift. Das hat es ja damals noch nicht gegeben. Aber letztes Jahr war ich total neidisch auf die Studenten in Kalifornien am Caltech, weil die haben in ihrer Quantum Computing Kurs als Hausebund gehabt, programmier was am Quantencomputer. Okay, also. Das ist auch für die Didaktik verwendet worden und kann für die Didaktik verwendet werden. Spielt die JKU auch mit bei diesem Zeit? Ja, total. Und zwar viel größer, als man denken würde. Also ich bin neu dazugekommen, es ist kein Zufall, dass ich als junger Teenager-Professor für Quantum Computing jetzt an der JKU bin. Ich bin als Verstärkung für das Institute for Integrated Circuits, das ist ursprünglich ein Hardware-Institut, an die JKU gekommen. Aber der Professor dort, Robert Wille, hat sich einen Namen gemacht, seine Expertise und sein Know-how zur Herstellung von Chips, wie wir sie kennen, auch für Quantencomputer zu verwenden. Und solche Kompilierungsprobleme oder so Chip-Architekturen herzustellen, das ist auch eine wichtige Subroutine, die jetzt langsam eine Rolle spielt. Weil wir haben diese Maschinen, sie werden immer größer, sie werden immer komplexer. Wir müssen uns langsam überlegen, wie man die richtig ansteuert. Da ist die LOKU wirklich gut vorne dabei. Das ist ja ein spannender Prozess. Wir haben hier es zu tun mit quantenmechanischen Phänomenen, die super gekühlt sind. Und wir haben in der Nähe irgendwo eine Architektur klassischer Hardware aus der klassischen Physik. Und wie interagieren die jetzt? Die stören sich ja. Also würde ein Quantenteilchen mit der tatsächlichen Realität sozusagen in Kontakt kommen, ist es weg. Das war es. Und wie liest man die jetzt aus? Wie liest man Quantenzustände aus, sodass wir sie in einen normalen Computer überführen können? wenn wir uns jetzt ein bisschen weg von den Ionen gehen und hin zu den Supraleitenden Circuits. Das ist die Technologie, die IBM und Google heute verwendet. Das ist derzeit der Marktführer. Und da kann man sich das vielleicht noch ein bisschen vorstellen, weil was die Qubits da sind, ist mehr oder weniger ein Ring, ein Draht, den man mit sich selbst verschließt. Also das, was wir nie machen dürfen für den Kurzschluss. Und dann noch dazu mit einem Supraleiter, sodass der Widerstand null ist. Und dann hat man einen mikroskopisch kleinen Stromfluss, der entweder in die eine Richtung gehen kann oder in die andere. Das heißt, Sie haben hier ein beschleunigtes Teilchen, ähnlich wie in einem Ringbeschleuniger. Genau, richtig. Und da gibt es ein Magnetfeld. Und da gibt es Magnetfelder. Also quasi eine Spannung, die sich dreht, erzeugt ein Magnetfeld und gleichzeitig, wenn wir Magnetfelder anlegen, beeinflussen wir den Strom im Mikroskopischen, das sind die Maxwell-Gleichungen. Und diese Architekturen benutzen solche Effekte. Und das ist jene Architektur, die am wenigsten Interferenzen oder am wenigsten Störung für das Qubit. Richtig. Deshalb sind die auch so vorne dabei. Das sind normalerweise zweidimensionale Geometrien mit vielen dieser Loops. Und da kann man Nachbarn miteinander reden lassen, indem man wirklich punktuell elektromagnetische Felder ansetzt. Und das macht die makroskopische Kontrolle. So koppelt man die Qubits. Und wenn man am Schluss auslesen will, ist der Ausleseprozess das Suchen nach einem Magnetfeld, weil das sagt einem, in welche Richtung der Strom sich bewegt. Das Binden. Genau. Interessant. Wir haben im Vorfeld darüber gesprochen, dass andere Systeme dann sofort einmal mit der Wärme Probleme kriegen. Richtig. Weil da geht es ja um, wie Sie sagen, Millikelvin und das ist dann bei diesem System ausgeschlossen, oder? Bei diesem System passiert das eben auch. Und ich habe vor einem Jahr mit den Technikern von Google wirklich geredet, weil ich mit denen quasi ein bisschen im Diskurs war. Und die haben gesagt, das ist eigentlich einer der Hauptgründe, der sie vom weiteren Hochskalieren behält. Also sie haben jetzt eine Maschine mit 53 Qubits. Das ist der Quanten chip und drauf haben sie aber auch einen klassischen chip der es ihnen erlaubt diese magnetfelder und diese elektrischen felder anzusteuern aber klassische chips und rechner wenn man sie konventionell aufbaut produzieren wärme und das heißt diese klassische Kontrolle produziert Wärme und das ist scheinbar wirklich, wenn die eine schwierige Quantenrechnung durchführen, ist das quasi produziert, der so viel Wärme wie der Kühlschrank kühlen kann. Und für die nächste Level von Quantenprozessoren, wo es viel mehr Qubits gibt, müssen sie sich wirklich eine neue Idee überlegen, wie sie weiter kühlen können. Und eine Möglichkeit, die realistischste Möglichkeit ist, dass Sie diesen Kontrollchip weg vom Quantenchip außerhalb des Kühlaggregats aufbauen werden und dann hoffen, dass Sie vielleicht einfach nur die elektromagnetischen Wellen reinschicken können. Von welchen Wellen reden wir da? Ich glaube, das sind so Mikrowellen. Würde ich sagen. Ich bin da ehrlich gesagt, was die technischen Details betrifft, nicht ganz so firm. Da bin ich ein bisschen eingerostet. Es gibt, glaube ich, Fragen. Wenn ich den Ben richtig interpretiere, bitte sehr. Ja, wir haben eine E-Mail bekommen vom Leo. Der fragt, Quantencomputer sind wohl derzeit eher noch in Grundlagenforschung unterwegs. Welche praktischen Anwendungen kann man sich vorstellen? Das ist eine sehr, sehr gute Frage. Und momentan gibt es so ein bisschen eine Fear of missing out. Also irgendwie, es ist noch Grundlagenforschung, aber es tut sich was. Die großen Firmen sind aufgesprungen und produzieren selbst Quantencomputer. Und wir suchen alle nach Anwendungen. Also die berühmtesten habe ich eigentlich hier schon aufgelistet, ich war vielleicht nicht konkret genug, aber was ich für sehr, sehr wahrscheinlich halte und was wirklich zum Teil geht, ist, dass man teure Rechenaufgaben, die Subroutinen von jetzigen Informatikprozessen sind, wie zum Beispiel das Trainieren im Machine Learning, in der künstlichen Intelligenz. Das hat komplizierte Subroutinen und es besteht die Möglichkeit oder die berechtigte Möglichkeit, dass Quantenprozessoren hier um einiges schneller agieren können. Und eine andere Möglichkeit, das ist vielleicht wieder aus der Grundlagenforschung raus, aber nicht nur, ist eben das Simulieren und das Berechnen anderer quantenmechanischer Phänomene. genau, und in ferner Zukunft gibt es auch diese wirklich rein Informatik Anwendungen, Quantenalgorithmen wie die von Schor, die wirklich spezifische Probleme wie Primfaktorenzerlegung oder auch Database Search viel effizienter hinkriegen als existierende klassische Algorithmen. Aber Leo, das ist eine total tolle Frage und es ist gerade sehr viel Aufmerksamkeit auf Quantenalgorithmen und wir kennen aber weniger Anwendungen als uns lieb wäre. Das ist ein ganz wichtiges Thema gerade. Jetzt möchte ich da ein haken nämlich mit der quanten kryptographie das sind ja die österreicher teilinger federführend auch weltweit in der grundlagenforschung und er arbeitet hier mit den mit den chinesen zusammen und zeigt vor im grundlagenbereich wie verschlüsselung via Quantenmechanik möglich ist. Und da gibt es natürlich schon Anwendungen oder Anwendungsgebiete, die darauf spitzen. Und da haben wir das Militär jetzt im Boot. Richtig. Und die Banken. Warum? Also was der große Sailing Point des sogenannten, heute sagt man meistens Quanten-Internet dazu, das ist der sichere Informationsaustausch mittels quantenmechanischer Effekte, wie Sie richtig beschrieben haben. Der Key Player und wirklich der Baustein ist diese Verschränkung, diese extrem starke Korrelation zwischen zwei quantenmechanischen Teilchen, die wir dann in verschiedene richtungen ausschicken können das ist das was die österreicher so gut können was sie mit china gemacht haben vereinfacht gesprochen ein verschränktes fotonen paar erzeugen das eine in österreich lassen das andere nach china schicken das wäre dann die schlüssel für die verschlüsselung aber aber das ist eine mögliche anwendung was Was wir jetzt haben, ist eigentlich ein Kanal oder einen möglichen Kanal, eine Ressource zwischen Österreich und China. Und ich stelle mir das gerne wie ein Joghurt-Telefon vor, weil was wir haben, ist wenn jemand Böses in der Mitte probiert mitzuhören, dann beeinflusst er durch seine Messung das System und kollabiert es und entweder Österreich oder China würde es mitkriegen. Jetzt, was die beliebteste Anwendung ist, ist genau wie Sie gesagt haben, einen Schlüssel auszutauschen, also quasi diese perfekte Korrelation zu verwenden, um dann gleichzeitig zu messen und entweder eine 0 oder 1 zu kriegen. Und die Verschränkung sagt dann, dass es nicht klar ist, ob Österreich und China 0 oder 1 kriegen, aber es ist klar, dass sie immer das Gleiche kriegen. Aber man könnte auch anderen Informationsaustausch damit machen. Das wirklich Spektakuläre, und das können wir klassisch, soweit ich weiß, nicht erreichen, ist, dass man bei diesen Verbindungen immer feststellen kann, ob wer mithört. Genau. Und jetzt haben wir Verbindungen, die auch relativ sicher sind, aber mithilfe der Quantenmechanik oder mit Computern knackbar werden. Das wird ja auch das Interesse des Militärs, der Geheimdienste erklären. Richtig. Wobei ich dazu eines sagen will, das ist natürlich eine Anwendung. Also die Verschlüsselungsverfahren, die wir heute im Internet verwenden, die basieren auf zahlentheoretischen Annahmen und sind auch so designt, dass sie möglichst billig und einfach sind. Also das sind eigentlich relativ einfache Protokolle, von denen wir trotzdem glauben, dass sie noch sicher sind. Und der Quantencomputer, die erste wirkliche Bäm-Anwendung vom Quantencomputer um das Jahr 2000 rum, war wirklich genau diese Verschlüsselungen zu knacken. Das heißt aber nicht notwendigerweise, dass wir dem schutzlos ausgeliefert sind. dass wir dem schutzlos ausgeliefert sind. Eine Möglichkeit, und daran wird gerade aktiv geforscht, und das wird auch implementiert, ist unsere Security Firewall quasi abzudaten. Es gibt durchaus Verschlüsselungsprotokolle, wo wir glauben, dass sie auch für einen Quantencomputer unknackbar sind. Die sind aber um einiges komplexer und vor allem teurer. Also das ist sicher ein potenzieller Game Changer, dass ein Quantenalgorithmus unsere heutige Security knacken kann. Das heißt aber nicht, dass morgen oder übermorgen, wo dieser Quantencomputer dann da ist, wir dem schutzlos ausgeliefert sind. Es gibt Alternativen. Eins ist mir noch ein bisschen unklar, und zwar die Frage der Überlichtgeschwindigkeit. Die wurde ja auch eine Zeit lang diskutiert. Die sogenannte spukhafte Fernwirkung nach Einstein, die Verschränkung der Teilchen, misst man das eine, hat das andere automatisch denselben Spin, denselbe Aussage. Passiert hier eine Kommunikation über weite strecken passiert es über lichtgeschwindigkeit passiert hier keine kommunikation das ist ein sehr sehr gut eine sehr sehr gute frage im herzen der verschränkung und wirklich quasi war lange zeit sagen wir so sagen wir so hat physikern Bauchweh gegeben, weil die Quantenmechanik scheinbar den Gesetzen der speziellen Relativitätstheorie widersprochen hat, nämlich dass sich Information, und Information, das wird später wichtig werden, maximal mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann. Was ist das Problem? Das Problem ist wieder genau so ein maximal verschränkter Quantenzustand, wie wir ihn hier auf der Slide haben. Also irgendwie zwei Partikel, jeder kann einen von zwei möglichen Zuständen haben und die sind entweder beide 0 oder beide 1. Was ist das Problem? Ich und Sie, wir teilen uns ein verschränktes Pärchen. Dieser Dinger, ich nehme einen Flieger nach Brasilien, Sie nehmen einen Flieger nach China, wir passen beide darauf auf. Wir sind sehr weit voneinander entfernt, haben aber immer noch die Verschränkung zwischen uns. Was die Leute stutzig gemacht hat, ist, wenn ich in Brasilien mein Teilchen miss, dann weiß ich nicht, was rauskommt, aber ich weiß, dass egal, was ich sehe, Sie haben das Gleiche. Also hier passiert keine Kommunikation zwischen diesen beiden, sondern das ist schon vorher passiert. Nein, genau, also was jetzt momentan passiert ist, sobald ich messe und eine Null kriege, weiß ich, Moment, Sie haben auch eine Null. Sie wissen das aber nicht. Und die einzige Möglichkeit für Sie festzustellen, ob Sie eine 0 oder 1 haben, ist entweder selbst zu messen, dann ist alles unabhängig, dann ist es wurscht, wo ich bin, oder ich sage Ihnen, was ich gemessen habe, und wie kann ich Ihnen was sagen? Naja, ich muss Sie anrufen. Ja, Lichtgeschwindigkeit haben wir Sie wieder. Schneller geht es nicht. Richtig. Interessant, was Sie vorhin gesagt haben in Ihrem Vortrag. 300 Qubits, also drei solcher quantenmechanischer Einheiten mit einer Photonenfalle oder in dem Loop, was auch immer, ergeben 300 hoch 2. Umgekehrt, 2 hoch 300. Entschuldigung. Das Gruseligere. 2 hoch 300 Zustände, also eine Wahnsinnszahl, größer als die Teilchen des Universums. Was natürlich, wenn es so viele Zustände gibt, die Frage aufwirft, wie groß den Rechenoperationen sein können. Lassen sich da Operationen darstellen, die weit über das hinausgehen, was wir uns vorstellen können, mit solchen unglaublich vielen möglichen Zuständen? Genau, also vereinfacht gesprochen durchaus. Aber ich möchte nochmal darauf hinweisen, dass diese Anzahl der Kombinationen und diese schrecklich hohe Zahl eigentlich daher fußt, dass wir mit unseren klassischen Intuitionen, mit unseren klassischen Werkzeugen probieren, den quantenmechanischen Effekt zu beschreiben. Das heißt, es ist irgendwie für mich nicht ganz klar, wenn man wirklich den Quantencomputer als quantenmechanisches Phänomen zu sehen, ob diese Superpositionen wirklich alle stattfinden. Oder ob das einfach ein Artefakt von unserer makroskopischen Beschreibung ist. Das ist das Erste. Aber selbst... Das heißt, mit dieser Zahl können wir eigentlich gar nichts anfangen, oder? Richtig, genau. Und dann schauen wir uns was an, mit was wir was anfangen können. Ja, genau, richtig. Glauben Sie, dass wir in Linz so ein Quantencomputer irgendwann einmal stehen haben werden? Publikum, wir in Linz so einen Quantencomputer irgendwann einmal stehen haben werden? Also, irgendwann kann ich mir gut vorstellen, ob es in der nahen Zukunft sein wird. Da bin ich eher ein bisschen pessimistisch, ehrlich gesagt. Ich weiß auch nicht, ob wir ihn auf absehbare Zeit brauchen. Das ist auch nicht notwendig. Richtig. Und ich möchte einmal darauf hinweisen, dass ein sehr erfolgreiches Ionen-Computer-Startup in Innsbruck sitzt. Genau, die Kollegen von der Innsbruck-Krone. Richtig, genau. Hatten wir auch schon hier im Gelb-Blesser-Lan. Sehr interessant. Bitte, die Frage ist dem Publikum. Alex hat sich im YouTube-Chat gemeldet und fragt, Sie haben ja die Verschränkung mit zwei Teilchen erklärt, wobei nur eines in Superposition war. Habe ich da etwas falsch verstanden? Nein, das ist genau richtig. Wenn ich nämlich, und das ist ein bisschen counterintuitiv, wenn ich beide Teilchen in Superposition bringen würde, dann würde genau gar nichts passieren. Es ist ganz wichtig, wenn man einen maximal verschränkten Zustand mit dieser Art von Informatik herangehensweise kreieren will, darf man nur eine Superposition machen. Man bringt das erste Teilchen in eine Kombination aus 0 und 1 und dann koppelt man das zweite Teilchen bedingt auf was das erste ist. Und weil das erste schon in Superposition ist, kriegt man dann den maximal verschränkten Zustand. Wenn man zweimal in Superposition liefert, das ist ein mathematisches Kuriosum, dann, oder das eigentlich später auch wichtig wird, aber es ist ein mathematisches Kuriosum, dann ist das so, wie wenn wir überhaupt nicht in Superposition gehen würden. Und das heißt, genau, diese Superposition ist mit unserer intuition nicht immer ganz ganz einfach zu greifen ja das hat die quantenmechaniker so an sich ja nicht wirklich greifbar ist die durchschnittlichen österreicher auch wenn sieura haben, dann hat man aufgehört, glaube ich, beim Atommodell nach Rutherford, wo die Elektronen um die Kugeln, um den Proton und den Neutron herumlaufen und man dort sozusagen noch verschiedene Bahnen hat. Aber vorstellen muss man sich es ja als Wahrscheinlichkeitswolke. Genau, das ist das gängige Modell, das man heute an den Universitäten im Chemie- und im Physikstudium lernt. Richtig. Genau, irgendwo ist da eine Welle. Richtig. Und es ist aber auch wirklich nicht einfach, auch mathematisch nicht einfach, diese Elektronenwolken zu beschreiben, unter anderem, weil sie halt auch kontinuierlich sind. Also die Quantenmechanik, ich habe probiert, immer irgendwie auf binäre Systeme zu gehen, auf immer eine von zwei Möglichkeiten zu gehen, weil da die quantenmechanischen Effekte relativ klar beschreibbar sind. Mit diesen Schaltungen, die Sie uns gesagt haben. Genau. Das ist wirklich eine Vereinfachung, weil wenn man sich kontinuierliche Systeme, wie zum Beispiel wirklich ein Atom vorstellt, wo das Elektron ja eigentlich unendlich viele Möglichkeiten hat, dann wird auch der mathematische Apparat dahinter viel, viel schwieriger. Also es wird auch mathematisch und technisch gesehen schwieriger, diese Dinge zu beschreiben. Und das ist auch eine kleine Revolution, die durch das Quantum Computing ausgegangen ist, dass mittlerweile weltweit führende Experten, die wirklich probieren zu berechnen, wie die Elektronenwolken in Molekülen ausschauen, oder auch in Atomen, aber vor allem in Molekülen, angefangen haben, anstatt das wirkliche Molekül mit der echten Elektronenwolke zu betrachten, das zu Quanten digitalisieren. Also auf ein System zu mappen, das wieder aus Qubits besteht. Das heißt, man schaut sich es von der anderen Seite an. Genau. Nämlich von dem, was rauskommt. Richtig. Und das ist ja etwas, was wir in unserer realen Welt haben. Wir haben etliche Maschinen, die auf der Quantenmechanik beruhen. Ihre Wirkweise beruht auf der Quantenmechanik. Seihen, ihre Wirkweise beruht auf der Quantenmechanik, sei es unser GPS-System, sei es, Entschuldigung, da ist das Rennstein, aber mit einer Untersuchungsmaschine im Krankenhaus, Positronen, wie diese Dinge heißen, diese Tunnels, in die man hineingeschoben wird, ohne Quantenmechanik nicht möglich. Und da hat man einfach sozusagen mit dem Effekt gearbeitet, egal ob man ihn verstanden hat, jetzt letztendlich genau oder nicht. Stimmt das? Richtig, bis zu einem gewissen Grad schon, aber man hat ihn auch relativ schnell verstanden, würde ich sagen. Aber da gibt es jetzt auch neue Entwicklungen. Das geht eher so in die Richtung Quantum Metrology, Quantum Sensing heißt das. Man probiert auch dort spannende quantenmechanische Effekte, wie die Verschränkung, einzusetzen, um diese Sensoren noch sensibler zu machen. Also ich habe vorher mal gesagt, ein großes Problem sind die rauschigen Qubits. Die Qubits, die sind sehr fragil und lassen sich ganz leicht stören. Wenn man jetzt aber einen Sensor baut, ist das unter Umständen genau das, was man will. Weil wenn man zum Beispiel feststellen will, ist ein elektrisches Feld in meiner Umgebung oder nicht, dann je fragiler dein Sensor, desto besser, desto eine höhere Auflösung kann man potenziell haben. Und das ist auch eine vielversprechende Richtung, wo auch so Ideen, die auch das Quantencomputing antreiben, wie Verschränkung, wirklich große Quantensprünge noch liefern können. Okay. Können Sie uns noch vielleicht ein anderes Beispiel nennen, wie quantenmechanische Abläufe unseren Alltag bereits gestalten, ohne dass wir das jetzt groß wissen. Gute Frage. Wir waren schon bei diesen Scannern. Genau, Photovoltaik ist ein anderes Beispiel. Das ist der photoelektrische Effekt, der geht ja auf Einsteins Arbeit im Jahr 1905 zurück. Den Nobelpreis gekriegt hat, ja nicht für die Relativitätstheorie, sondern für diesen photoelektrischen Effekt. Genau, absolut. Und da hat er auch ausgenutzt, dass Licht eben nicht nur eine Welle ist, sondern auch Photonen, auch quantenmechanische Teilchen sind, die einen Impuls haben und dieser Impuls, eine Bewegung in Elektromagnetismus quasi umgewandelt werden kann. Dass das nicht durchgehend ist, sondern in Quanten. Genau. Weitere, und das finde ich total spannend, das habe ich selbst in einem JKU-Vortrag von einer Kollegin gehört, am Institut für Material Science war das, was mittlerweile auch passiert, sind Solid-State-Festplatten. Da wird die Technologie so, so klein. Zwar noch makroskopische Technologie im Prinzip, aber sie wird so klein, dass Quanteneffekte langsam eine Rolle spielen. Und insbesondere, wenn es um Ströme und Ladungsaustausch geht, sind die meisten Elektronen im Spiel, aber Elektronen haben auch quantenmechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel einen Spin. Und mittlerweile kann man ausnutzen, dass sie diese Spins ein bisschen unterscheiden, um die Solid-State-Festplatten und Stromflüsse noch genauer zu lenken, indem man quantenmechanische Effekte ausnützt, um sie möglichst zu synchronisieren. Das heißt, hier wächst zusammen, was vielleicht zusammengehört. Vielleicht. Also wir kommen wirklich auch beim Bau neuer und neuer Supercomputer, da gibt es ja dieses berühmte Moore's Law, das sagt, dass sich irgendwie die Chips alle paar Jahre verkleinern und die Leistung aber verdoppelt. Die kratzen langsam auch an einem Regime, das nicht so weit entfernt ist von dem Nanometer-Fußball-Beispiel, das ich erwähnt habe. Und das heißt, zum einen ist das erstens eine schlechte Nachricht, weil dieses Mursche-Gesetz, auf das wir uns jetzt irgendwie relativ lang verlassen haben, das hört bald irgendwann mal auf zu wirken. Weil einfach, weil wir langsam an den Quanten-Threshold kommen, wo wir nicht einfach noch weiter miniaturisieren können. Das heißt, in absehbarer Zeit wird der Fortschritt, was schnellere und schnellere Computer betrifft, wahrscheinlich einbrechen und da einfach nicht mehr viel möglich sein. Und das wird dann in einem Regime sein, das sehr, sehr nahe schon an der Quantenmechanik dran ist. Und Sie haben absolut recht, vielleicht ist das auch ein vielversprechender Weg für neue Schnittstellen. Also wie man Quantencomputer und Quanteninformation mit klassischen Computern und klassischer Aufbearbeitung verbinden kann. Und jetzt irgendwie nicht auf der technologischen, aber auf der Software-Ebene ist genau diese Schnittstelle auch eigentlich meine Hauptbeschäftigung. Also ich probiere, möglichst beweisbar effiziente Methoden zu finden, wo man die quantenmechanisch relevante Information trotz Zufall, trotz Kollaps der Wellenfunktion so schnell wie möglich auslesen kann und dann gleich in den Supercomputer reinfüttern kann. Und die Hoffnung ist, dass das Paar vielleicht wirklich zusammengehört und uns erlaubt, ganz, ganz neue Effekte und Einsichten viel, viel schneller zu gewinnen. Und das schaut momentan sehr erfolgsversprechend aus. Gut, viel Glück bei Ihren Vorhaben. Aber es gibt, glaube ich, eine Frage. Arno hat gleich mehrere Fragen. Super. Ich lese einfach alle mal bitte vor. Arbeiten Quantencomputer mit Teilchen, in Klammer Atomen, beziehungsweise Ionen oder mit elektromagnetischen Wellen, beziehungsweise Elektronen? Wie viele Quantencomputer gibt es derzeit und gibt es heute schon vorzeigbare Berechnungen? Am Schluss schreibt er noch, guter Vortrag, dennoch die Frage, wird es an der Uni ein Institut für Vermittlung der Quanteninformatik geben? Okay, super, lauter tolle Fragen. Also zur ersten Frage, das freut mich total, es gibt fast alles. Also es ist einfach, es ist tatsächlich gar nicht so schwierig oder alles, was man braucht, ein quantenmechanisches System, das zwei mögliche Zustände hat. Nämlich entweder eine 0 oder eine 1. Und eben, die Kollegen in Innsbruck nutzen dafür Ionen, wie du vorgeschlagen hast. Das ist eine Möglichkeit, das zu verwirklichen. Und eine andere Möglichkeit sind diese Superconducting Circuits, wo die Information in Stromfluss ist. Und das ist aber relativ nah an einer elektromagnetischen Welle schon, aber es ist wichtig, dass es in Stromfluss ist, nicht einfach elektromagnetische Wellen, weil elektromagnetische Wellen sind ultimativ auch Photonen. Und es gibt auch Konzepte, einen Quantencomputer basierend auf Lichtteilchen auf Photonen zu bauen. Das hat aber seine eigenen Schwierigkeiten und Vorteile. Aber die Schwierigkeit ist halt, dass sich da die Qubits mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und dass man die festhalten muss an einem Ort. Und was auch nicht so einfach ist, dass man zwei Photonen dazu zwingen muss, dass sie miteinander reden, weil Photonen sind notorisch schlecht darin, miteinander zu interagieren. Also auf die erste Frage würde ich fast antworten. Es gibt alle möglichen Computing-Plattforms, die du aufgezählt hast. Und jedes kommt mit eigenen spezifischen Vorteilen und Nachteilen. Und momentan gibt es Firmen in jede Richtung, die das ausloten. Was war die zweite Frage nochmal? Da ging es darum, wie viele Quantencomputer es gibt. Also ich würde sagen, ich habe hier Firmen, die Quantencomputer bauen, aufgelistet. Das heißt, wir haben hier mindestens 7 haben wir. IBM selbst hat, glaube ich, eine Größenordnung von 10, würde ich sagen. Und ja, ich würde so sagen 30 bis 50. Und dann noch die Frage dazu, ob es heute schon vorzeigbare Berechnungen gibt. Richtig, das ist dieses relativ berühmte Google-Experiment, wo sie Quantum Supremacy geclaimed haben aus dem Jahre 2019. Das war wirklich revolutionär. Also was Google geschafft hat, und ich glaube, das hat auch wirklich nur ein großer Tech-Konzern wie Google schaffen können, weil er es unbedingt wollte, die haben es geschafft, ihr 53-Qubit-Gerät so zu kalibrieren, dass das Rauschen relativ klein war und dass sie eine verhältnismäßig lange Rechnung durchführen konnten. Und was sie durchgeführt haben, war eigentlich eine zufällige Rechnung und danach eine Messung. Und das Problem, so eine zufällige Rechnung mit einer anschließenden Messung erzeugt, wenn man misst, einen zufälligen Messausgang. Aber sie haben es bewusst so gewählt, dass ein Supercomputer, ein klassischer Supercomputer, damit zu kämpfen hat und mathematisch beweisbar eigentlich schlecht sein sollte darin. Und dieses Beispiel hat Google durchgerechnet in wenigen Mikrosekunden, viele, viele Male. Und sie haben aufgelistet, dass ein Supercomputer 50.000 Jahre dafür brauchen wird. Und damit, und das ist relativ anerkannt in der Community heute, andere Player wie IBM widersprechen ein bisschen, aber es ist trotzdem mittlerweile relativ breiter Konsensus, dass Google es geschafft hat, mit ihrem Device etwas zu machen, das selbst der beste Supercomputer so nicht hinkriegen würde. Nachfrage, Zusatzfrage, bevor wir die letzte Frage beantworten vom Arno. Die Kalibrierung dieser Qubits, das heißt, man hat also viel Zeit investiert, die auf einen niedrigrauschenden Zustand zu bringen, einsatzfähig zu bringen, zu kühlen etc. Und dann hat man ganz, ganz kurze Rechenzeit und dann kollabiert das System wieder. Richtig. Und ich muss es neu aufbauen. Genau. Und welchen Rechenzeiten reden wir da, bis das System wieder instabil wird? Also, total tolle Frage. Und das ist auch mit ein Grund, warum ich glaube, dass nur Google das machen konnte. Weil dieser quantenmechanische Chip, der Sycamore-Chip, der ist extrem launisch. Der verhält sich jeden Tag anders und was Google gemacht hat, um das Experiment zu kriegen… Das ist wie mein eigener Computer. Ja genau, richtig. Aber was Google halt gemacht hat, ist, die haben ihre gesamte Expertise im Machine Learning und Artificial Intelligence und ihre gesamten Serverfarmen eingesetzt, um jeden Morgen das Gerät quasi zu lernen. Das hat 53 Qubits, 2 hoch 53 Freiheitsgrade und sie haben, ich würde fast sagen, die beste Machine Learning Experience, die es gibt, dazu verwendet, das zu kalibrieren und auszulesen. Das heißt, sie haben wirklich jeden Vormittag eine Diagnose von dem Computer gemacht, dass sie wissen, wie er sich heute verhält. Und dann basierend auf dieser Erkenntnis haben sie ihre Rechnungen selbst anpassen können, um die Launischheit des Quantencomputers demgegen zu wirken. Und dann konnten sie für ein paar Stunden das Gerät verwenden und ziemlich sicher sein, dass es das macht, was Sie wollten. Und Sie haben völlig recht. Ein paar Stunden rechnen. Genau, aber jede Quantenrechnung, und das ist ganz, ganz inhärent beim Quantencomputer, weil die Auslese ja probabilistisch ist, dieselbe Rechnung wird ganz, ganz oft wiederholt. Man initialisiert, man macht seine Rechnung, man misst, dann kriegt man einen zufälligen Ausgang, einen zufälligen Ausgang, einen zufälligen Bitstring, weil Wave Function Collapse und Gott würfelt eben. Und meistens, damit man sich sicher ist, was das Resultat überhaupt ist, muss man das ganz, ganz oft wiederholen. Weil die Information ist nicht in dem zufälligen Bitstring, den man kriegt, enkodiert, sondern in der Wahrscheinlichkeitsverteilung dahinter. Das heißt, wir haben dann wieder die entsprechenden Verteilungen wie beim Lochexperiment. Genau. Alles klar. Die letzte Frage vom Arno war, ob es an der Uni dann ein Institut für die Vermittlung von Quanteninformatik geben wird. Genau, also ich habe mir heute relativ viel Mühe gegeben. Es gibt sicher noch Verbesserungsbedarf, aber wir an unserem Institut geben uns heute relativ viel Mühe gegeben. Gibt sicher noch Verbesserungsbedarf, aber wir an unserem Institut geben uns eigentlich recht viel Mühe, irgendwie Outreach zu betreiben und die quantenmechanischen Effekte und die Ideen des Quantencomputers so einfach wie möglich zu erklären. Das ist so ein Zitat von Einstein. Man sollte alles so einfach wie möglich erklären, aber eben nicht einfacher. von Einstein, man sollte alles so einfach wie möglich erklären, aber eben nicht einfacher. Weil es ist schon so, dass die Quanteneffekte einfach ein bisschen anders sind. Sie sind für uns uninitiativ, aber ich glaube doch, dass man sich irgendwann, wenn man damit arbeiten will, auf sie einlassen muss. Und das ist vielleicht ein bisschen bergauf gehen, aber ich glaube auch, dass es längst nicht so mysteriös und kompliziert ist, wie es zum Beispiel vor 30 Jahren war. Es gibt auch unter Physikern eine Strömung, die besagt, man müsste der Gemeinde noch ein bisschen mehr Grips aufwenden, um wirklich die Dinge, die dahinter stecken, zu erklären und besser zu erklären. Wird sich die Strömung durchsetzen? Könnten Sie spezifischer werden? Entschuldigung. Ich lese gerade ein Buch darüber, ich frage mich nicht, wie der Autor heißt, aber er spricht davon, dass man diese Dinge in der Quantenmechanik, die man einfach jetzt einmal glauben muss, weil sie so sind, wie sie sich darstellen, in den Experimenten dann doch so weit hinterfragen müsste, zu sagen, was steckt denn da ganz genau dahinter? Wir müssen doch wieder in die Wolke hineinschauen des Atoms. Und das bleibt uns als Physiker nicht erspart. Diese Strömung meine ich. Genau, ich habe das Gefühl, dass die ein bisschen schwächer geworden ist in letzter Zeit. Aber einfach, weil es heutzutage auch wirklich viel Pragmatismus gibt. Es gibt Leute, und das ist auch grob meine Einstellung, die sich nicht sicher sind, ob eine klassische Beschreibung von quantenmechanischen Effekten wirklich zielführend ist oder doch eher ein bisschen Thema verfehlt. Also ich glaube, es ist kein Zufall, dass wir uns so schwer tun, klassische Analogien für quantenmechanische Effekte zu finden. Und natürlich ist das gut, aber vielleicht sollte man sich auch einfach darauf einlassen. Das ist eher so meine Sichtweise und die ist vielleicht ein bisschen entgegengesetzt. It's, wie Monty Python sagt. Gibt es Fragen? Wenn keine da sind, frage ich noch eine. Sie haben vorhin gesprochen vom Bitcoin-Mining. Lässt sich dafür ein Quantencomputer missbrauchen? Sehr gute Frage. Die Antwort ist wahrscheinlich nein. Es ist breiter Konsensus, dass Blockchain, quasi die Verschlüsselungsmethode, die Security-Methode, die hinter Bitcoin steckt, auch für Quantencomputer nicht attackierbar ist. Das heißt, das wäre auch ein Beispiel für eine Security-Methode, die auch der zukünftige Quantencomputer wahrscheinlich nicht knacken könnte. Das heißt, fürs Bitcoin-Minen bieten sich Quantencomputer leider nicht an. Also zumindest hat man ja Inflation. Richtig, genau. Und generell scheint es so zu sein, dass die Probleme, die wirklich schwierig sind für klassische Computer, auch für den Quantencomputer wirklich schwierig sein könnten. Das heißt irgendwie so Exponential Improvements, also wenn man anfängt mit so einer Exponentialkurve und die komplett abflachen will, das sollte man nicht immer vom Quantencomputer erwarten. Okay. Wenn es keine Fragen mehr gibt, dann kommen wir schon langsam zum Ende. Es ist ja eine sehr, sehr schwierige Materie gewesen und bevor uns allen der Kopf raucht, wollen wir uns doch wieder ein bisschen ausruhen von dieser Geschichte. Ich schließe mit den rauschigen Qubits, die merke ich mir sehr gut, die kann ich mir gut vorstellen und möchte als letzte Frage in den Raum stellen, woran sehen Sie sich in zehn Jahren arbeiten? Das ist eine sehr, sehr gute Frage. Also was ich machen will, ist wirklich, und ich glaube, das kann mich auch noch zehn Jahre beschäftigen, ist eine Kombination von Quantenarchitekturen. Für mich müssen das nicht mal komplette Quantencomputer sein, das können einfachere Konstrukte sein, die quantenmechanische Effekte berechnen, das mit einem relativ starken Computer und künstlicher Intelligenz kombinieren, um neue Quanteneffekte zu lernen oder zu lernen, quantenmechanische Eigenschaften vorherzusehen. Das heißt, dieses Studium Quanten, künstliche Intelligenz, das wir in Linz jetzt haben, sehen Sie sich daran oder andockend? Also ich finde die Kollegen dort total super. Die machen erstens wirklich Weltklasse-Forschung und zweitens, also ich komme überhaupt nicht aus der künstlichen Intelligenz-Schiene, was mich wirklich am meisten beschäftigt ist, wie können wir die Outputs, diese Wahrscheinlichkeitsverteilungen von den Quantencomputern oder auch einfacheren Quantenrechnern so effizient wie möglich bearbeiten, auslesen und daraus lernen. Das ist das, worauf ich mich vor ein paar Jahren eingelassen habe. Und das Lernen, das wird jetzt irgendwie immer mächtiger. Und wir finden immer neue Anwendungen, wo wir auch wirklich zeigen können, mathematisch beweisen können, dass wir mithilfe von einfachen quantenmechanischen Geräten Effekte lernen können, die wir ohne Quantencomputer oder quantenmechanischem Gerät nie hoffen können würden, zu lernen. Hier eröffnet sich ein weites Feld. Genau, das finde ich total spannend. Wir haben noch eine Frage. Ja, Alex hat sich noch mal gemeldet und fragt, welche Art von Problemen sind denn für Quantencomputer einfacher bzw. gleich schwierig? Also, wo Quantencomputer wirklich schnell sind, sind mathematische oder computational Transformationen, wie zum Beispiel in Superposition gehen oder sogenannte Fourier-Transformationen. Das heißt, Quantencomputer sind schneller beim Lösen von Problemen, wo solche Transformationen einen positiven Effekt haben können. Also wo man mit einem Problem anfängt und dann ein anderes Problem transformiert, das leichter ist. Bei solchen Problemen sind Quantencomputer schneller als klassische Computer, zumindest theoretisch. Und andere Beispiele sind auch kombinatorische Optimierungsprobleme. Da ist es irgendwie nicht ganz so klar, aber physikalische Systeme sind tendenziell relativ gut darin, ihren Grundzustand zu finden. Wenn man ein System runterkühlt, dann geht es gerne in seinen Grundzustand. Und bei einigen kombinatorischen Optimierungsprobleme denken Sie an, ich will den Stundenplan erstellen, sodass jeder Lehrer quasi seine Klassen halten kann, ohne zwei Klassen gleichzeitig halten zu müssen. Und gleichzeitig haben wir Schüler, die auch in Klassen gehen, aber kein Schüler kann in zwei Klassen sein. Das sind relativ schnell, relativ komplizierte Optimierungsprobleme. Und es ist auch denkbar, dass man solche Probleme physikalisch encoden kann, um dann physikalische Effekte auszunutzen, um dort eine gute Lösung zu finden. Matrixen, oder? Genau. Und wenn man ganz rigoros werden will, und das habe ich in einer meiner Arbeiten ausgenutzt, um einen schnelleren Quantenalgorithmus herzuleiten, Quantencomputer können auch schneller sein im Berechnen spezieller Matrixfunktionen. Konkret zum Beispiel die Exponentialfunktion, die man vom exponentiellen Wachstumkret zum Beispiel die Exponential-Funktion, die man vom exponentiellen Wachstum kennt, zum Beispiel auf eine Matrix angewandt. Da kann es sein, dass ein Quantencomputer genau diese Subroutine, nimmt eine Matrix, berechnet das Exponential, schneller machen kann als ein klassischer Computer. Genau, und wo ist er schlecht, glaube ich, war auch die Frage, oder? Ganz schlecht ist er im Addieren. Also das Einfachste für den klassischen Computer, wenn du einen Quantencomputer zum Addieren verwenden willst, also es ist zum Mäuse melken. Da könnte man glauben, es ist ein rauschiger Computer. Genau. Wieso ist das so? Das ist meine Frage. Warum tut das sich schwer mit Addition? Weil es ein ganz fieses Resultat gibt in der Quantenmechanik, das heißt No Cloning. Und das ist ein fancy Name dafür, das sagt, wenn ich hinschaue, was ich habe, dann zerstöre ich mein System. Und addieren ist am einfachsten, wenn man zwei Bitstrings hat, übereinander legt und schaut, was man hat und dann Plus rechnet. Und der Quantencomputer erlaubt dir genau das nicht unbedingt. Zu exakt. Ja. Okay. Wir sind aber, glaube ich, mit unserer Exaktheit heute ziemlich am Ende. Und ich darf mich ganz ganz herzlich bedanken. Beim Professor Küngis bitte Applaus einsetzend. Haben wir einen? Danke, Ben, heute unsere Applausquelle. Bevor wir Schluss machen und den Stream abdrehen, noch ein kleiner Hinweis auf eine folgende Veranstaltung des Kepler-Salons, nämlich am Montag 3.5. wieder um 19.30 Uhr. Es geben den Herrn Pachinger ein Herr aus Linz. ein Herr, fragen wir. Also dieser Maximilian Pachinger war Spross einer wohlhabenden Familie und ein recht eigentümlicher Sammler Ende des 19. Jahrhunderts. Und der Georg Thiel, Autor und Ausstellungskurator, wird uns diesen Herrn Pachinger näher bringen. Gastgeberin ist die fantastische Dominika Meindl. Und das wäre es, glaube ich, von uns. Nochmal vielen herzlichen Dank, Herr Professor Küng. Und damit wünschen wir einen guten Abend. Auf Wiedersehen. you