Neven’s Law löst Moore’s Law ab

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1965 veröffentlichte der damalige Intel CEO Gordon Moore ein Papier, in dem eine jährliche Verdoppelung der Anzahl der Komponenten pro integriertem Schaltkreis beschrieben wurde. Seine Prognose: Diese Wachstumsrate würde sich für mindestens ein weiteres Jahrzehnt fortsetzen. 1975 revidierte Moore seine Vorhersage, die Anzahl der Transistoren in einer dichten integrierten Schaltung sollte sich in den nächsten zehn Jahren alle zwei Jahre verdoppeln. Jahrzehntelang war dies tatsächlich der Fall. Diese Entwicklung hatte eine erstaunliche Steigerung der Rechenleistung zur Folge, die wiederum enorme technologische Umwälzungen auslöste. Seit mehreren Jahren ist Moores Gesetz obsolet, weil die Chip-Hersteller an die Grenzen der physikalischen Möglichkeiten zur Herstellung integrierter Schaltkreise gestoßen sind: Sie sind jetzt bei der Größe von Atomen angekommen, bei der Transistoren zu versagen beginnen und Elektronen in andere Komponenten einsickern.

Kryders Gesetz

Beim Storage gab es ein ähnliches Gesetz, das als Kryders Gesetz bekannt wurde. Mark Kryder von Seagate ging davon aus, dass sich die Plattendichte, auch als Flächendichte bezeichnet, alle 13 Monate verdoppeln würde. Über einen Zeitraum von 41 Jahren nahm die Flächendichte um das 50-Millionenfache zu. Wie auch immer, ab 2015 galt auch das Kryder-Gesetz nicht mehr.

Nevens Gesetz

Trotz allem wird das Wachstum der Rechenleistung jenseits unserer (zumindest meiner) wildesten Träume weiter explosionsartig zunehmen. Moores Gesetz wird durch Nevens Gesetz ersetzt, benannt nach Hartmut Neven dem Direktor des Google Quantum Artificial Intelligence Lab. Neven erklärte, dass das Leistungswachstum mit jeder neuen Verbesserung von Googles bestem Quantenprozessor nicht nur exponentiell wächst, wie in Moores Gesetz, sondern sogar doppelt exponentiell.

Er stützt diese Vorhersage auf die Tatsache, dass die im Quantencomputer verwendeten Qubits die gleiche Arbeit verrichten oder die gleiche Datenmenge enthalten wie 2n klassische Bits. 2 Qubits entsprechen 4 Bits, 4 Qubits entsprechen 16 Bits, 16 Qubits entsprechen 65.536 Bits und so weiter. Darüber hinaus beobachtet er eine exponentielle Verbesserung der besten Quantenprozessoren von Google.

Was bedeutet eigentlich doppelt exponentielles Wachstum?

Laut einem Online-Artikel von InterestingEngineering.com würde eine Verdopplungs-Exponentialrate bedeuten, das n in der Verdopplungsfunktion durch eine andere Verdopplungsfunktion oder 22 hoch n zu ersetzen.

„Da das Mooresche Gesetz eine Verdopplungsfunktion ist, können wir das Mooresche Gesetz wie folgt visualisieren, wobei n ein Zweijahresintervall darstellt:

Das Neven-Gesetz mit doppelt exponentiellem Wachstum würde ungefähr so ​​aussehen: n entspricht jeder neuen Verbesserung des Google-Quantenprozessors:

Wenn die Liste über den Wert 6 ansteigt, werden die Zahlen so groß und abstrakt, dass man das Verständnis zwischen dem, wo Google jetzt steht und dem nächsten Schritt verliert.

Was bedeutet all diese Power?

Dies bedeutet, dass wir in der Lage sein werden, Rechenprobleme zu lösen, deren Bearbeitung mit herkömmlichen Computern nie möglich war. Quantencomputer können zwar Transaktionsprobleme nicht so schnell lösen wie herkömmliche Computer. Dafür können sie aber rechenintensive Probleme wie Verschlüsselung und Optimierungen in Sekunden lösen, bei denen ein klassischer Computer allein für einen Lösungsversuch die gesamte Lebensdauer des Universums in Anspruch nehmen würde.

Moderne Computer können mit großer Rechenleistung eventuell irgendwann 256-Bit-, 512-Bit- und sogar höherwertige Verschlüsselungsschlüssel knacken. Aber alles was man tun muss, um sie in ihre Schranken zu verweisen ist, die für den Schlüssel verwendete Bitanzahl mit 2 zu multiplizieren. Das neue Schema wäre auf einen Schlag exponentiell stärker als das, das gerade geknackt wurde. Die Verlängerung von RSA-Schlüsseln kann sehr schnell dazu führen, dass Millionen, Milliarden und sogar Billionen von Jahren mehr Zeit benötigt werden, um die Verschlüsselung mit einem klassischen Computer zu knacken. Bei Quantencomputern wird diese Limitation (auch als Time Complexity bekannt) aufgehoben.

Wann sehen wir Quantencomputer im Produktionseinsatz?

Während viele Quantencomputer-Experten der Ansicht sind, dass wir erst 2025 oder sogar erst 2030 einen Quantenrechner sehen werden, lässt Nevens Gesetz vermuten, dass Google bis Ende dieses Jahres einen Quantencomputer einführen wird. Aller Voraussicht nach werden wir in den nächsten Jahren bereits Lösungen von Quantencomputern oder quantenähnlichen Computern sehen. Was aktuell noch fehlt, sind höhere Sprachen, um Probleme auf Qubits abzubilden. Dies ist wie in den Anfängen klassischer Computer, in denen Entwickler und Forscher alles in Maschinensprache erledigten.

Mit Rechenpower Gutes tun

Quantencomputer werden besonders hilfreich sein, um Probleme mit sozialen Innovationen zu lösen, die rechnerische Optimierung erfordern. Viele Herausforderungen sozialer Innovationen erfordern eine Vielzahl von Beiträgen, um beispielsweise den optimalen Vertriebsweg oder eine medizinische Behandlung zu empfehlen. Nicht verschwiegen werden sollte aber bei aller Euphorie auch die dunkle Seite, die es erlaubt, Verschlüsselungscodes zu knacken. Forscher arbeiten aber an Möglichkeiten, die Privatsphäre von Daten auch im Zeitalter des Quantencomputers zu schützen.

Autor: Jürgen Krebs – CTO, EMEA Central Region at Hitachi Vantara