24 Jan 2017

Frohes neues Quantenjahr!!

Technologie

Sollten Sie einer unserer treuen Leser sein und Ihre Erinnerung durch digitale Amnesie noch keinen Schaden genommen haben, werden Sie sich vielleicht daran erinnern, das seine der Schlüsselerkenntnisse von Kaspersky Security Bulletin 2015 eine Prognose war, nach der Kryptografie als Disziplin am Rande der Unterjochung durch Quanten-Computing stand. Um ehrlich zu sein, fand ich diese Prognose ein bisschen übereilt, besonders als Teil unseres Bulletin mit dem Namen „Prognose 2016,“ aber aktuelle Schlagzeilen haben meine Meinung geändert.

Quanten-News

Ende November und Dezember 2016 lernten wir in nur wenigen Wochen, dass Microsoft erstklassige Quanten-Computing-Wissenschaftler einstellte, und Intel auf seine Pläne hinweist, aus Silikonchips Quantenprozessoren zu machen, die Millionen von Qubits beherbergen können (Quantenbits – Einheit für Quanteninformationen). Solche Prozessoren können z. B. für die Erstellung einer künstlichen Intelligenz nützlich sein, die auf neuralem Netzwerk von Quanten-Computing-Geräten basiert, der Konzeptnachweis, der von Forschern der japanischen Universität Tohoku beschrieben wurde. Und Anfang Januar erreichten uns Nachrichten dazu, dass D-Wave, wohl der weltweit bekannteste Pionier in Quanten-Computing, Quantencomputersoftware als Open Source anbietet.

Anders gesagt, entwickelt sich Quanten-Computing schneller als ich gedacht hätte. Was bedeutet das für uns Durchschnittsuser? Heißt das, dass wir z. B. in ein Geschäft gehen können und Ende des Jahres einen „qMac“ kaufen können?

Nun, nicht wirklich. Neben D-Wave ist es wirklich schwierig, einen anderen Universitäts-Spin-Off zu benennen, der es auf dem holprigen Weg vom Labor bis zur Kommerzialisierung weit geschafft hätte. Man streitet sich darüber, bis wohin die Geräte von D-Wave wirklich als „Quanten“ bezeichnet werden können. Ich werde da nicht ins Detail gehen und Ihnen die Möglichkeit bieten, sich durch den vorherigen Beitrag meines Kollagens oder dieses beeindruckende Werk zu lesen.

Scheinbar ist Quanten-Computing noch keine Handelsware – wie es bei den Computern in den 1980ern und 90ern durch IBM, Apple, Microsoft und vielen andere der Fall gewesen ist. Durch die Komplexität und den Preis von Quanten-Computing-Geräten entsprechen sie eher Großrechnern, die schon viel früher, in den 1950ern, in Erscheinung traten.

Mitte des vergangenen Jahrhunderts war das größte Hindernis, das die neue Technologie überwinden musste, nicht die Hardware an sich; es war die Fähigkeit, die Vielseitigkeit der neuen Computerparadigmen in vollem Umfang zu nutzen, wozu jahrzehntelange Forschung nötig war. Es benötigte mehr als drei Jahrzehnte der Technologieentwicklung, bevor die Industrie in den späten 1970ern alle Bausteine enthüllen konnte, die für einen Personal Computer nötig waren — und weitere drei Jahrzehnte, bis die PCs zur Grundlage der heutigen Zivilisation werden konnten.

Die Quantenrevolution ist nah

Geschichte wiederholt sich nicht, aber manchmal reimt sie sich. Obwohl es ein wichtiger Schritt Richtung Erweiterung der Community der Quanten-Computing-Enthusiasten war, ist das Eröffnen des qbsolve durch D’Wave für die Entwicklercommunity nicht einmal im Ansatz wie die Entstehung der Intel x86-Architektur oder der PC-Plattform von IBM. Es hätte sich tatsächlich auf die fundamentale Arbeit von Alan Turing in den 1930ern reimen können, die die Grundlagen der „maschinellen Erkennung“ gestaltete“ — d. h., wäre es nicht acht Monate vor der Ankündigung der IBM Quantum Experience von IBM auf den Markt gekommen, das, meiner persönlichen Meinung nach, einen besseren Job dabei macht, Quanten-Computing und seine Nutzungsweisen zu erklären.

Ich muss zugeben, dass ich so von IBM begeistert war, dass ich daran dachte, nach einem Probezugriff auf ihren Quantenprozessor zu fragen, wenn mit ihm wichtige Aufgaben schneller als mit durchschnittlichen CPU oder GPU durchgeführt werden können. Um meine Bewunderung zu steigern: IBM ist ein Unternehmen, das den zweiten großen Wechsel von Computerparadigmen erleben wird. Nichtsdestotrotz ist die Veröffentlichung des Open-Source der Software aufgrund der unterschiedlichen Anzahl der verfügbaren Ressourcen die richtige Richtung für D-Wave, um sich der intensiven Konkurrenz des Marktes zu widersetzen.

Wie wir anhand der Schlagzeilen gesehen haben, wird sich Intel die Quantenrevolution nicht entgehen lassen, und auch nicht Microsoft. Diese alten Freunde aus den 1980ern haben eine weitreichende Geschichte, was die Kooperation mit Forschern angeht, die supraleitende Spin-Qubits untersuchen. Es gibt wenig Details zu den Plänen von Intel, aber wenn das Unternehmen mit dem Hinzufügen von Spin-Qubits zu den existierenden Silikonchip-Designs Erfolg hat, wird das alles ändern, was mit Qubit-Dichte zu tun hat.

Jedoch scheint es, dass Quantenchips von Intel, genauso wie die von D-Wave, noch immer auf die Temperatur von flüssigem Helium (−268 °C und weniger) herunterkühlen müssen. D. h., dass ein QPU eines Smartphones in einem Gerät der Größe eines Großrechners untergebracht werden müsste. Anders gesagt, Quanten-Computing-Energie ist noch nicht für den persönlichen Gebrauch geeignet.

Quantum heißt „viel schneller“

Am einfachsten kann die Änderung der Verarbeitungsenergie mithilfe von Parallelverarbeitung erklärt werden. Es handelt sich um Superpositionen von gewöhnlichen „0“ und „1“, den Betrag, der nur durch das Auflösungsvermögen des Systems beschränkt ist; also ist es bis zu einem gewissen Grad in Ordnung, zu sagen, dass in Qubits gespeicherte Informationen gleichzeitig verarbeitet werden. Was bedeutet, dass eine Quantenverarbeitung viel höher als die einer traditioneller CPU sein wird.

Nun, der Vergleich ist nicht perfekt, da Vorgänge von Quanten-Computing nicht ganz genau wie Grundfunktionen in digitalem Algebra sind, aber es scheint, dass Quanten-Computing-Wissenschaftler einige Zeit brauchen werden, um die neuen Berechnungsparadigmen im vollen Umfang zu nutzen, so wie es Jahrzehnte bei der digitalen Version brauchte.

Jedoch ist die Hauptfrage die, was wir mit dieser gigantischen Berechnungsenergie machen sollten. Es scheint nicht so, als wenn wir all die Fehler benötigten, die in den heutigen Geräten verborgen sind, um unsere gewöhnlichsten User-Tasks auszuführen, trotz der Mühe, die Entwickler in ihre Apps steckten, um sie so multimedial wie möglich zu gestalten.

Nun, denken wir noch einmal nach. Haben Sie eine Nachricht von Ihrer Lieblings-Messaging-App erhalten, die Sie darüber informiert, dass jetzt all Ihre Unterhaltungen verschlüsselt werden? Oder vielleicht haben Sie von Kryptowährung gehört —Bitcoin ist am bekanntesten — oder über Blockchain-Technologie? Ja, ich spreche über Kryptografie und Technologie, die darauf aufbaut.

2016 gab es viele Datenlecks und daher ist Verschlüsselung umso wichtiger; das trifft nicht nur auf den Unternehmenssektor zu, in dem sie deutlich angestiegen ist, sondern auch für Verbraucher. Verschlüsselung und Entschlüsselung benötigen viel Rechenleistung. Das trifft auch auf den Bitcoin-Mining-Prozess zu. Andere Implementierungen von Blockchain-Technologie könnten in spezialisierten Knoten kryptografische Funktionen ausführen, wenn ihnen mehr Energie zur Verfügung steht. Tatsächlich ist Bitcoin-Mining auf gewöhnlichen PCs beinahe unwirksam — deshalb werden spezialisierte Mining-Farmen erstellt. Aber durch solche Aktionen, wie die Erstellung von sichererem IdD (Internet der Dinge), komme ich zu der Meinung, dass Verschlüsselung allgegenwärtig sein wird.

Postquanten-Kryptografie

Und raten Sie mal! Kryptografie ist die Art von Aufgabe, in der Quantencomputer besonders gut sein werden.

Quanten-Computing wir dieser neuen Welt entweder Erlösung oder Unheil bringen. Wie wir in unserem Sicherheits-Bulletin 2015 sagten, wird Kryptografie, wie es sie heute gibt, Unheil bringen. Die These, dass „Kryptografie eins der wenigen Felder ist, in dem gegensätzliche Konflikte den Verteidiger begünstigen werden„, wird stark umstritten sein, bis effektive Postquanten-Algorithmen eingeführt werden.

Jene werden hingegen viel mehr Rechenleistung als herkömmliche Computer benötigen. Aber, zu unserem Glück, die Reduzierung und Kommodofizierung der Quantencomputer zeichnet sich jedoch ab, was bedeutet, dass im Kampf gegen Angreifer mehr Rechenleistung zur Verfügung stehen wird. Und das niemals endende Spiel zwischen Angreifern und Verteidigern wird auf einer anderen Ebene weitergeführt werden.

Wir hoffen, dass Quanten-Computing neben der Sicherheit auch die erweiterte Realität, virtuelle Realität, künstliche Intelligenz und vieles mehr nach vorne bringen wird.

Fassen wir zusammen: Quantencomputer werden immer realistischer. Sie können noch immer keinen berühren, aber es ist gut, zu sehen, dass es Rechenplattformen für Quantencomputer gibt, auf die Sie selbst mit IBM oder D-Wave einen Blick werfen können. Dafür braucht es ein gewisses Maß an Computeraffinität, also wird der größte Teil der Erdbevölkerung noch warten müssen. Aber durch die finanzielle Beteiligung von großen Namen, wie Intel, IBM, Google und Microsoft, scheint es unvermeidlich, dass wir mindestens ein praktisches Ergebnis sehen werden.

Wir haben auch Gerüchte dazu gehört, dass Google noch vor Ende 2017 einen Durchbruch präsentieren wird; also werden wir vielleicht doch nicht so lange warten müssen…