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Wie misst man Fortschritt? Was ist Gamettas Law? Und was besagt Nevens Law?

Autor / Redakteur: Holm Landrock* / Ulrike Ostler

Gegenwärtig nimmt das Quantencomputing an Fahrt auf – und so wird es Zeit, neue Gesetzmäßigkeiten herauszufinden und zu benennen. Eines dieser Gesetze ist das Gambetta Law.

Mithilfe des Gambetta's Law und des Neven's Law lässt sich der Fortschrift bei der Entwicklung von Quantencomputern definieren.
Mithilfe des Gambetta's Law und des Neven's Law lässt sich der Fortschrift bei der Entwicklung von Quantencomputern definieren.
(Bild: © djama - stock.adob.com)

Wenn sich die Technologien grundsätzlich verändern – wie in der Informationstechnik durch das Quantencomputing – wird es Zeit, sich neue Gesetze „auszudenken“ oder Beobachtungen hinsichtlich einer gesetzmäßigen Entwicklung als „Gesetz“ zu beschreiben. Ein neuer Begriff soll daher auch die Entwicklungsrate im Quantencomputing beschreiben: Gambetta# s Law

Die Erfinder solche IT-Gesetze oder besser die Beschreiber solcher Gesetzmäßigkeiten im Umfeld technologischer Entwicklungen erhalten die Ehre, ganz analog zu wissenschaftlichen Entdeckungen, diese mit ihrem Namen zu schmücken. Es kann auch sein, dass Kollegen damit einen Mentor ihrer Arbeit ehren.

Ein IBM Fellow, also ein verdienter Mitarbeiter des Unternehmens, ist Jay Gambetta. Der Physiker arbeitet als Forscher an IBM-Quantencomputern. Hinsichtlich der Leistungsentwicklung bei Quantencomputern wurde die Einschätzung, nach der sich die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern innerhalb eines Jahres Zeit verdoppele, ihm zu Ehren von den Kollegen „Gambetta’s Law“ genannt.

Neven’s Law

Ein anderes großes Unternehmen, das sich ebenfalls mit der Erforschung von Quantencomputern beschäftigt, ist die Alphabet-Tochter Google. Dort wurde eine ähnliche Aussage über den Fortschritt bei Quantencomputern geprägt und nach dem deutschen Informatiker und Google-Mitarbeitet Hartmut Neven dann „Neven’s Law“ genannt.

Beide Begriffe – Gambetta’s Law und Neven’s Law – gehen also auf verdiente Experten der jeweiligen Firmen auf dem Fachgebiet des Quantencomputing zurück und erklären im Kern, dass sich die Anzahl der nutzbaren Qubits, auch als Quantenvolumen bezeichnet, innerhalb eines Jahres verdoppelt.

IBM und Google liefern sich im Marketing einen Wettstreit darüber, wessen Quantensysteme wann und in welchem Maße die Supercomputer auf der Basis von Silizium-Prozessoren überholen. Indem durch die Erhöhung der Anzahl der Qubits und die Reduktion der Fehlerrate mit den Qubits zuverlässige, wiederholbare Ergebnisse erzielt werden, können sie tatsächlich für die Berechnung von Aufgaben herangezogen werden.

Namen für Gesetze in der Technologie-Geschichte

Messgrößen, Erfindungen, Krankheiten und eben auch IT-Begriffe werden gerne nach der Person, die damit eng verbunden ist, benannt. Weil bei der Beschreibung des Fortschritts von Quantencomputern eine der klassischen IT-Gesetzmäßigkeiten – Moore’s Law – nicht mehr anwendbar ist, schien es notwendig, eine neue Gesetzmäßigkeit zu beschreiben. Moore’s Law besagt, dass sich die Leistungsfähigkeit von Mikroprozessoren (eigentlich deren Komplexität, und oft kolportiert mit der Anzahl von Transistoren pro Fläche eines Silizium-basierenden Mikrochips) etwa alle zwei Jahre verdoppelt.

Die Entwicklung bei der Top-500-Liste der Supercomputer bestätigt diese Beobachtung. Doch auch wenn die zugrundeliegenden Annahmen Gesetz heißen, haben sie selbstverständlich nicht den Charakter eines Naturgesetzes.

Am Nullpunkt ... und künftig?

Wer allerdings glaubt, aufgrund dieser Gesetzmäßigkeiten zur Leistungssteigerung verdopple sich auch die Rechenleistung von Quantencomputern jedes Jahr, ist auf dem Holzweg. Mit der Anzahl der Qubits steigt zunächst die Fehlerrate, die dem Quantencomputing inhärent ist. Es besteht ja in jedem Qubit die schwierige Aufgabe, seinen Zustand exakt zu ermitteln.

Zudem besteht der Bedarf der Kühlung der Qubits aus Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Das bedeutet, dass für jede Leistungssteigerung innerhalb eines Qubits sehr viel Aufwand für das Gesamtsystem betrieben werden muss. Die Forscher arbeiten deshalb ebenso intensiv an Quantencomputing-Systemen, die bei Zimmertemperatur betrieben werden könnten wie an der Steigerung der fehlerfrei miteinander arbeitenden Qubits.

* Holm Landrock ist freier Journalist und und Autor. Er wohnt in Dresden.

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