Auf dem Gipfel der Quanten-Hacker

Mit ihnen lässt sich darstellen, was in unserer Erfahrungswelt nicht möglich ist: Quanten­computer sind enorm schnell und präzise. Foto: Graham Carlow

Gewöhnlich wird das Restaurant Piz Gloria auf dem Schilthorn von Touristen regelrecht überrannt. 1968 war der Berg im Berner Oberland Hauptdrehort für den Bond-Film «Im Geheimdienst Ihrer Majestät». Der im Film Piz Gloria genannte Gipfel ist das Versteck des Bösewichts Blofeld, der hier oben schöne Frauen als tödliche Biowaffen ausbildet.

Heute ist Bond auf dem Schilthorn allgegenwärtig. 007 steht auf jedem Teller im Restaurant Piz Gloria und auf dem Sekt, der für bis zu 195 Franken pro Flasche verkauft wird. Ein kleiner Rundweg, der «007 Walk of Fame», würdigt Schauspieler und Mitwirkende. Über einem Pissoir in der Herrentoilette steht «Shake, don’t stir», Schütteln, nicht rühren.

Doch für einmal sind Besucher im legendären Drehrestaurant mit fantastischem Blick auf Eiger, Mönch und Jungfrau unerwünscht. Denn das Piz Gloria ist einige Tage lang fest in der Hand von 160 «Hackern», die an einer Veranstaltung mit dem kryptischen Namen Qiskit-Camp teilnehmen und dort einen speziellen Wettbewerb austragen, einen sogenannten Quanten-Hackathon.

Auch verrückte Ideen haben Platz: Qiskit-Camp im Piz Gloria. Foto: Paul Searle(IBM Research)

Auf Einladung des IT-Unternehmens IBM kümmern sich die «Quanten-Hacker» um Dinge, bei denen James Bond vor Neid erblassen dürfte. In der Welt der Quantenphysik können Objekte mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit an zwei Orten zugleich sein. Das ist, als würde Bond auf dem Schilthorn gegen Blofeld kämpfen und sich zugleich mit einer der Schönheiten im Bett räkeln. Nur wenn man genau hinschaut, würde sich zeigen, an welchem Ort sich Bond tatsächlich aufhält. Objekte aus der Quantenwelt tunneln auch durch eigentlich unüberwindliche Barrieren – so als könnte Bond jede verschlossene Türe zum Inneren von Blofelds Einrichtung einfach so durchdringen. Und dann besitzen diese Quanten-Hacker die Fähigkeit, mit ihren Programmen schlagartig zwei räumlich voneinander getrennte Objekte zu beeinflussen, etwas, das in unserer Erfahrungswelt gar nicht möglich ist. Willkommen in der verrückten Welt der Quantencomputer.

Schaut man sich im Piz Gloria um, sieht man viele schwarze T-Shirts und Pullis, was dem Klischee der Programmierer als Träger dunkler Kapuzenpullis zu entsprechen scheint. Das viele Schwarz hat aber vor allem mit dem Camp-Shirt zu tun, das viele tragen. «qiskit.org» steht darauf. Das ist ein Link zur Webseite, auf der die von IBM für Quantencomputer entwickelte Programmiersprache Qiskit vorgestellt wird. Der Anteil Frauen unter den 160 Quanten-Codern liegt bei beachtlichen 37 Prozent.

Quantenphysikalische Variante von «Snake»

Gelegentlich fliegt ein Gleitschirm gefährlich nah am Restaurant vorbei. Die Teilnehmer des Qiskit-Camps nehmen davon kaum Notiz. Das hat weniger damit zu tun, dass die Fenster mit grossen Whiteboards zugeklebt sind, als vielmehr damit, dass die Leute konzentriert in ihre Notebooks schauen oder angeregt diskutieren. Sie haben sich in Fünfergruppen um die Tische im Rondell des Drehrestaurants gruppiert. Knapp zwei Tage haben die 32 Fünferteams Zeit, um ihr selbst definiertes Projekt zu verwirklichen. Auf den Tafeln an den Scheiben stehen meist eine Projektnummer, ein Titel und sicher einige unverständliche Formeln. Am Ende des Hackathons werden die besten Projekte prämiert.

Ein Team hat sein Projekt «QSnake» getauft. Es entwickelt eine quantenphysikalische Variante des klassischen Computerspiels «Snake»: Eine Schlange wird mit Tasten über den Bildschirm gelenkt mit dem Ziel, Äpfel zu fressen. Mit jedem verschlungenen Apfel wird die Schlange länger. So wird es immer schwieriger, die Schlange zu navigieren. «Wir modifizieren das Spiel mit den Möglichkeiten, die der Quantencomputer bietet», sagt Jona Bühler, Masterstudent in Physik an der ETH Zürich.

Gewöhnlich ist das Spiel vorbei, wenn die Schlange gegen die Wand läuft. «Bei ‹QSnake› kann die Schlange durch die Wand tunneln, wenn sie genug Energie hat, das heisst, wenn sie lang genug ist», sagt Bühler. «Sie taucht dann am anderen Ende des Spielfelds wieder auf.» Damit hat das Team den quantenphysikalischen Tunneleffekt in ihr Spiel integriert – eine schöne Visualisierung der rätselhaften Quantenwelt. Bühler meint, ein Spiel wie «QSnake» könnte auch im Unterricht zum Einsatz kommen, um Schülern spielend die fremde Welt der Quantenphysik nahezubringen.

Ein anderes Projekt heisst «Quantum Synth». Im Team sind drei Ingenieure, ein Chemiker und Omar Costa Hamido. Er ist Musiker und Komponist aus Kalifornien. Das Programmieren eines Quantencomputers mit Qiskit haben alle fünf in einem mehrtägigen Kurs vorab an der ETH Zürich gelernt. Das Ziel des Teams: mithilfe des Quantencomputers Musik zu machen.

Was mit einem klassischen Computer oft Tage oder Wochen braucht, sollten wir mit einem künftigen Quantencomputer viel schneller oder viel genauer berechnen können.Stefan Wörner, Forscher bei IBM

«Das Schöne bei einem Hackathon ist, dass man auch mal verrückte Ideen ausprobieren kann, die sich kaum in eine Doktor- oder Masterarbeit integrieren lassen», sagt Stefan Wörner von IBM Research bei Zürich, der einige Teams als Coach betreut. «Da wird die geballte Kreativität der Teilnehmer entfesselt. So kommen oft sehr spannende Sachen heraus.»

Laut Wörner geht es beim Qiskit-Camp darum, dass die Teilnehmer ein Gefühl dafür bekommen, was mit Quantencomputern und der noch jungen Programmiersprache Qiskit überhaupt möglich ist. «Auch wir können bei solch einem Hackathon viel lernen», sagt Wörner. «Durch den Austausch mit den Teilnehmern sehen wir, was an Qiskit gut ist und was wir noch verbessern können. Wir sehen auch, ob Qiskit und Quantencomputer tatsächlich so genutzt werden, wie wir uns das gedacht haben – oder ganz anders.»

Wörner selbst beschäftigt sich mit den Anwendungen des Quantencomputing im Finanzbereich. «Eines unserer Themen ist die Risikoanalyse im Finanzsektor. Um künftig zu erwartende Preisfluktuationen oder das Risiko von Naturgefahren abzuschätzen, ist eine enorme Rechenleistung nötig. Was mit einem klassischen Computer oft Tage oder Wochen braucht, sollten wir mit einem künftigen Quantencomputer viel schneller oder viel genauer berechnen können.» Prädestiniert seien Quantencomputer auch zur Simulation von Objekten aus der Quantenwelt wie Atomen und Proteinen. Die Faltung von Proteinen und deren medizinische Wirkung etwa liesse sich dereinst mit Quantencomputern viel besser berechnen als mit dem klassischen Pendant.

Die Sieger werden auf der Bond-Terrasse geehrt

Wie die Physikstudentin Su Yeon Chang von der ETH Lausanne sagt, wusste sie bei der Anmeldung nicht, dass das Qiskit-Camp auf dem Schilthorn stattfindet. Sie wäre auch an einen weniger attraktiven Ort gekommen. Laut James Wootton, Quantencomputing-Experte bei IBM Research in Zürich, habe man den Ort vor allem gewählt, um auch Leute anzusprechen, die nicht zum inneren Zirkel der Community gehörten. Man wollte ein möglichst breites Spektrum an Fachleuten hierher holen, von Künstlern und Musikern bis zum Hochschulprofessor. Die meisten Teilnehmer kommen aus Europa. Aber es hat auch welche aus Südafrika, den USA und Israel. Keren Avnery zum Beispiel arbeitet am Weizman Institute of Science, 20 Kilometer südlich von Tel Aviv. In ihrem Qiskit-Projekt geht es um das Versenden verschlüsselter E-Mails zwischen Quantencomputern.

Immerhin ein Team hat den Namen der Lokalität aufgegriffen. Das Projekt «QizGloria» hat allerdings inhaltlich weder mit dem Piz Gloria zu tun noch mit glorreichen Quizrätseln. Vielmehr geht es um künstliche Intelligenz, genauer: um maschinelles Lernen. Mit dieser Methode können sich Computer Schach oder andere Spiele beibringen. Auch nutzen Firmen maschinelles Lernen zum Beispiel für die Bildanalyse bei der Gesichtserkennung. «Auch für Quantencomputer gibt es Algorithmen, die vom maschinellen Lernen inspiriert sind», sagt der Belgier Karel Dumon, Mitgründer von Miraex, einem Spin-off der ETH Lausanne. «Unser Projekt ‹QizGloria› hat damit zu tun, das klassische maschinelle Lernen mit dem quantenmaschinellen Lernen zu verbinden.»

Eine Durchsage läutet den Endspurt des Hackathons ein. Noch 30 Minuten, dann müssen die Teams ihre Projekte beenden. Um Punkt zwölf Uhr ist Schluss. Die Durchsage löst keinerlei sichtbare Panik aus. Unverändert reden die Teilnehmer entspannt leise miteinander oder tippen konzentriert auf der Tastatur ihres Notebooks. Am Nachmittag darf jedes Team sein Projekt innerhalb von drei Minuten präsentieren. Dann, am Abend, die Siegerehrung.

Nächstes Jahr dürfte die nächste Generation bereitstehen

Die Teilnehmer versammeln sich unterhalb des Drehrestaurants auf der Terrasse. Sie wurde von den Bond-Produzenten für die Filmaufnahmen als Helilandeplatz gebaut. Die untergehende Sonne sorgt für eine fantastische Atmosphäre. Die Leute haben sich warme Jacken angezogen.

Den Publikumspreis, gewählt von den Teilnehmern des Qiskit-Camps, erhält das Musik-Team für «Quantum Synth». Der erste Preis, gewählt von einer Expertenjury, geht an «QizGloria». «Wir sind natürlich sehr glücklich über den Sieg», sagt Patrick Hümbeli, der an der Universität Basel studiert hat und jetzt seine Doktorarbeit am Forschungsinstitut ICFO in Barcelona macht.

Dumon, Hümbeli und der Rest des «QizGloria»-Teams darf sich nicht nur über eine Trophäe freuen – ein halb transparentes Q auf schwarzem Sockel – sondern auch über die Einladung zu einem weiteren Hackathon. Er findet nächstes Jahr im IBM Watson Research Center in Yorktown Heights bei New York statt. Bis dahin dürfte den Teilnehmern wohl eine neue Generation leistungsfähigerer Quantencomputer zur Verfügung stehen, deren Bereitstellung IBM diese Woche angekündigt hat.

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Erstellt: 21.09.2019, 17:28 Uhr