Viel hilft (manchmal) viel

News: Viel hilft (manchmal) viel

Quantencomputer sollen recht flott sein, wenn es sie denn irgendwann einmal gibt. Doch in welcher Zeit sie dann tatsächlich ein Problem lösen, weiß man offenbar erst im Nachhinein, wenn sie die Lösung geliefert haben. Immerhin lässt sich der Rechenprozess optimieren: Forscher fanden heraus, dass eine Zusammenstellung mehrerer Algorithmen und Programme bessere und schnellere Resultate liefert - vorausgesetzt es werden nicht zu viele.

Thorsten Krome

Deep Thought wusste genau, wie lange er für die Lösung des Problems brauchen würde: "Siebeneinhalb Millionen Jahre", antwortete er den dezent gekleideten Programmierern Lunkwill und Fook. Trotz der schier endlos langen Zeit entschlossen sich die hyperintelligenten, pandimensionalen Wesen in Douglas Admas "Per Anhalter durch die Galaxis" dazu, den Supercomputer rechnen zu lassen. Tatsächlich erhielten sie nach der vorhergesagten Zeit auch eine Antwort, die sie jedoch wenig zufrieden stellte. Sie lautete 42. Die Frage dazu fehlte zwar, aber immerhin erhielten sie eine Antwort.

Mit einem Quantencomputern hätte es ihnen anders ergehen können, aber nicht minder frustierend. Zwar sollen diese Wunderapparate sehr schnell rechnen; doch wann ein Programm schließlich beendet ist, weiß man immer erst im Nachhinein – wenn sie denn überhaupt eine Lösung finden.

Vermutlich empfanden auch Sebastian Maurer von der Stanford University sowie Tad Hogg und Bernardo Huberman von den HP Labs in Palo Alto diese Aussicht wenig erbaulich. Jedenfalls überlegten die Forscher, wie der Rechenprozess zu optimieren sei. Und die naheliegende Lösung war: ein Programm einfach mehrfach rechnen lassen, oder mehrere unterschiedliche Programme zu starten, die dasselbe Problem bearbeiten, um die Chance zu erhöhen, in angemessener Zeit eine brauchbare Lösung zu erhalten.

Dies wäre einem Aktienfonds ganz ähnlich, bei dem mehrere Werte zu einem Portfolio zusammengefasst sind. Zwar ist hierbei die potenzielle Gewinnspanne nicht so groß, wie bei einem Einzelwert, aber auch das Risiko, leer auszugehen, ist nicht so hoch. Die Kunst liegt nun sowohl beim Fond wie auch beim Quantencomputer darin, das richtige Paket zu schnüren. Denn es macht wenig Sinn, möglichst viele Programme und Algorithmen zu kombinieren, um damit die Chance auf eine schnelle Lösung zu erhöhen.

Erstens vergeudet das unnötig Rechenzeit; zweitens ist es eine Eigenart der Quantenmechanik, dass sich die Wahrscheinlichkeit, so eine Lösung zu finden, nicht unbedingt erhöht. Im Gegenteil, die Chancen können sogar schlechter werden. So mussten die Wissenschaftler im Vorfeld genau abwägen, wie viele Rechendurchgänge für ein bestimmtes Problem Sinn machen.

Auf diese Weise schnürten sie ein Portfolio aus Programmen, die jeweils eine gute Chance versprachen, dass sie in einer angemessenen Zeit eine Lösung finden würden. Dieses Paket setzten sie anschließend auf ein so genanntes NP-vollständiges Problem an. Dabei handelt es sich um eine mathematische Aufgabe, deren Lösung normalerweise recht lange dauert, da alle Lösungswege durchprobiert werden müssen. Ein Quantencomputer wäre hier einem konventionellen Rechner gegenüber im Vorteil, da sein Qubit – das quantenmechanische Pendant zum Bit – eine Überlagerung von mehreren möglichen Werten darstellt. So ließe sich solch eine Aufgabe mit einem Rechenschritt lösen.

Da Forscher zur Zeit nur eine handvoll Qubits erzeugen können, und ihre liebe Not damit haben, diese gezielt zu manipulieren und für einen längeren Moment zu konservieren, ließen Maurer und seine Kollegen auf einem herkömmlichen Computer rechnen. Sie überprüften hiermit, wie Quantencomputer mit dem Problem zurecht kämen. Und wie sich zeigte, konnte ein klug gewähltes Programm-Paket tatsächlich schneller das Problem lösen – etwa zweimal so schnell, um genau zu sein. In manchen Fällen arbeitete es sogar zehnmal zügiger. Und die Forscher vermuten, dass noch weitere Verbesserungen möglich wären.

Es sieht also so aus, als könnte der Quantencomputer doch noch halten, was er verspricht, sollte er denn jemals existieren. Aber Deep Thought nannte sich ja vorsichtshalber schon "zweitgrößter Computer im Universum von Zeit und Raum", nur für den Fall, dass eines Tages ein Computer kommen würde, dessen simpelste Funktionsparameter zu berechnen, er nicht würdig wäre.