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Silq: Eine Programmiersprache für Quantencomputer aus der Schweiz
Aus Digital Podcast vom 28.08.2020.
abspielen. Laufzeit 51:54 Minuten.
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Quantencomputer Silq: Eine neue Sprache für einen neuartigen Computer

Wissenschaftler der ETH in Zürich haben die erste höhere Programmiersprache für Quantencomputer vorgestellt.

Vor genau 50 Jahren landete der ETH Informatik-Professor Niklaus Wirth mit einer neuen Programmiersprache aus der Schweiz einen Welterfolg: «Pascal» steckte im ersten Macintosh Betriebssystem genauso wie im Bildbearbeitungsprogramm Photoshop oder in der Chat-Applikation «Skype». Der Grund für den Erfolg: mehr Sicherheit, mehr Effizienz.

Nun arbeitet ein kleines Team an der ETH Zürich unter der Leitung von Informatik-Professor Martin Vechev an der ersten höheren Programmiersprache für den neuartigen Quantencomputer mit ähnlichen Absichten: «Das Hauptziel war für uns, dass der Programmierer mit ‹Silq› sich möglichst einfach ausdrücken kann», sagt Benjamin Bichsel, Informatiker und Projektleiter. Elegant soll sich die neue Sprache anfühlen, daher der englische Ausdruck für «Seide» im Namen.

Quantenmechanik statt Elektronik

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Statt Transistoren nutzen Quantencomputer die physikalischen Eigenschaften subatomarer Partikel für Berechnungen. Die folgen eigenen Gesetzen, die für uns kaum fassbar sind, da sie nichts mit unseren physikalischen Erfahrungen im Alltag zu tun haben.

Quantencomputer sollen in Zukunft Berechnungen durchführen können, für die auch die schnellsten Supercomputer heute tausende Jahre benötigen würden. Das eröffnet neue Möglichkeiten, etwa in der Entwicklung von Medikamenten.

Der Mensch steht im Zentrum

Über eine Programmiersprache teilt der Mensch der Maschine mit, was diese zu tun hat. Zu Beginn des Computerzeitalters musste man bei der Software-Entwicklung jedes Schrittchen genau definieren und in abstrakten Codes festhalten. Wer programmierte, musste denken wie die Maschine und in der Sprache der Maschine. Dieses Vorgehen ist aufwendig und fehleranfällig.

Ein Gestell, darin hängt ein Glaszilinder.
Legende: Ein Quantencomputer von IBM. Der Prozessor arbeitet bei Temperaturen weit unter -272 Grad Celsius. IBM

Abhilfe schaffte die Einführung höherer Programmiersprachen, die sich der Logik und Sprache des Menschen anpassen. Spezielle Software, ein sogenannter Compiler, übersetzt die Menschensprache in Maschinensprache.

Diese Übersetzer-Software kann auch frühzeitig Fehler erkennen, bevor das Programm überhaupt läuft. Ohne Compiler wären Smartphones, Online-Shops oder digitale Kameras kaum denkbar.

Erste höhere Sprache für Quantencomputer

Die Geschichte wiederholt sich: Existierende Programmiersprachen für Quantencomputer erinnern an die Anfänge der elektronischen Rechner. Das soll sich nun ändern, meint Benjamin Bichsel: «Silq vereinfacht die Arbeit des Programmierers. Er kann nun elegant beschreiben, was er möchte und die effiziente Ausführung dem Compiler überlassen.» «Silq» kann noch mehr: Der Compiler kümmert sich im Hintergrund um die Speicherverwaltung, die beim Quantencomputer besonders kompliziert und fehleranfällig ist.

Trotz der neuen Sprache bleibe die Programmierung eines Quantencomputers äussert anspruchsvoll, sagt Max Baader, der Physiker im Team: «Man setzt sich nicht einfach hin und programmiert einen Quanten-Algorithmus.» Es brauche viel Denkarbeit, mathematische Überlegungen und Kreativität.

Für welche Berechnungen sich der neue Computer eignet, muss sich erst noch weisen. «Silq» kann hier helfen, denn die neue Sprache wird sicher das Interesse bei Programmierern am neuen Gebiet wecken. Neugierige können «Silq» herunterladen, , Link öffnet in einem neuen Fensterauf einem klassischen Computer installieren und damit experimentieren.

Der Durchbruch lässt auf sich warten

Nicht nur die Programmierung für den Quantencomputer ist anspruchsvoll, auch die Konstruktion der Hardware stellt eine gigantische Herausforderung dar. Obwohl schon seit 40 Jahren geforscht wird, rechnen klassische Computer immer noch schneller. Kritiker bezweifeln, ob sich das jemals ändern wird.

Haben die Entwickler von «Silq» nicht Angst, dass ihre Arbeit für die Katze ist? Nein, meint Benjamin Bichsel. Für ihn stellt sich ein anderes Problem: «Was, wenn wir eines Tages leistungsfähige Quantencomputer haben, aber keine Programmiersprachen?»

Wissenschaftsmagazin, 29.08.2020, 07.06 Uhr

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10 Kommentare

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  • Kommentar von Charles Grossrieder  (View)
    Bin kein Computer Experte, aber Seide in English schreibt sich mit k Silk nicht mit q Silq.
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    1. Antwort von Rolf Bombach  (RGB)
      Es geht auch nicht um Seide, sondern um eine Programmiersprache, die man halt so getauft hat. Das q wird sich auf Quant beziehen.
      Backronyme sind heute halt Mode; man erfindet erst die Abkürzung und bastelt nachträglich eine Interpretation dazu :-)
      Warum es jetzt ein dreizehnte Programmiersprache für eigentlich noch nicht wirklich existierende Quantencomputer braucht, wäre eine andere Frage.
    2. Antwort von Charles Grossrieder  (View)
      Danke Herr Bombach, das erklärt mir das q im englischen Silk.
  • Kommentar von Olaf Schulenburg  (freier Schweizer)
    Mit den heutigen computern wurde die Entpersonalisierung der Gesellschaften gestartet. Was bringt da eine nächste Generation? Die Entmenschlichung der Völker? Wir täten gut daran wieder zu lernen einander zu zuhören und mit einander zu sprechen anstatt dies mit Maschinen zu tun.
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    1. Antwort von Andreas Hauser  (Rainion)
      Die Frage, welche Sie sich stellen sollten, ist, wären die bestehenden Probleme(u.a. Umwelt) auch ohne die Computersimulationen so genau entdeckt worden? Die Computer lösen keine Probleme von alleine sondern decken diese lediglich auf.
      MfG
  • Kommentar von René Balli  (René Balli)
    Bei diesem Thema frage ich mich: haben wir mit den heutigen Computern überhaupt ein relevantes Problem in der Gesellschaft oder Umwelt gelöst? Alle reden von Probleme bewältigen und lösen, davon sehe ich aber nichts. Ist es nicht gerade so, dass durch die massenhafte Elektronik Probleme dazu gekommen sind, welche wir vorher gar nicht hatten? Für mich hat der Computer lediglich zur Beschleunigung von Prozessen geführt und somit den Verschleiss von Ressourcen drastisch verschärft, that's all.
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    1. Antwort von Christian Halter  (ఠ౬ఠ)
      Wettervorhersage (z.B. um Unwetter vorherzusagen, damit Menschen frühzeitig evakuiert werden können und Schutzmassnahmen getroffen werden können), Klimamodelle (um unsere Auswirkungen auf die Umwelt einschätzen zu können), Medikamentenentwicklung im Computer (spart Milliarden), Aero- und Hydrodynamik-Modellierung (Effizienzsteigerungen bei Autos, Flugzeugen, Schiffen und Wasserkraftwerken und Vorhersage von Überschwemmungsgebieten)...die Liste kann noch lange weitergeführt werden ;)
    2. Antwort von René Balli  (René Balli)
      @C. Halter: Warum haben sich denn die Umweltprobleme seit der Einführung des Computers so drastisch verschärft? Und was haben die vielen SUV's auf den Strassen mit Effizienzsteigerung zu tun? Leide ich unter einer Wahrnehmungsstörung?
    3. Antwort von Bran Halm  (Yess)
      @Balli. Merken Sie nicht schon bei Ihrer Aufzählung, dass dies menschengemachte Probleme sind?
      Die Computertechnik könnte uns aus dem Schlamassel helfen
    4. Antwort von René Balli  (René Balli)
      @Halm: Wie Recht Sie haben, der Mensch bleibt das Problem! Das wird auch mit der neuen Generation Computer so sein.