Von "Papier und Bleistift" zu automatisierten Lösungen

Ein wichtiger Baustein in diesem sogenannten „Software-Stack“ sind Compiler. Anwendungen werden heutzutage mit „Hochsprachen“ wie JavaScript, C++ oder Python geschrieben – Programmiersprachen, mit denen hochkomplexe Funktionalitäten ausgedrückt werden können. Der Code des Programmierers, der sogenannte Quellcode, wird dann in eine Sprache übersetzt, die der Prozessor versteht, und letztendlich mithilfe von Logikgattern umgesetzt. Diese „Übersetzung“ von Programmier- in Maschinensprache, die als Kompilierung bezeichnet wird, läuft gänzlich automatisiert ab. Im Quantencomputing hingegen werde hier noch viel „mit Papier und Bleistift“ gemacht. „Wir sind in einem so frühen Stadium, dass Anwendungen zum großen Teil so programmiert werden, dass Leute tatsächlich Sequenzen von individuellen Quantengattern angeben, die ausgeführt werden sollen. Das ist auf Dauer natürlich überhaupt nicht machbar und skalierbar“, erklärt Lukas. Bei heutigen Computern, bei denen sich Milliarden von Transistoren auf einem Chip befinden, sei das ja auch undenkbar. Automatisierte Lösungen zu entwickeln und letztlich dafür zu sorgen, dass Anwender Quantencomputer nutzen können ohne Quanten- bzw. IT-Experten zu sein – „Unsere Mission für die wahrscheinlich längerfristige Zukunft“.

Aber gerade, dass es von Seiten der Informatik noch so viel zu tun gibt, treibt Lukas an: „Die Perspektive der Softwareentwicklung für neuartige Systeme, wie Quantencomputing, finde ich extrem spannend. Man ist an der vordersten Front der Wissenschaft und kann in relativ kurzer Zeit große Beiträge liefern“.

In die Forschung gehen zu wollen war für den jungen Informatiker dabei zunächst überhaupt nicht klar. Nach seinem Mathematik-Master und während er noch an seiner Bachelorarbeit in Informatik schrieb, arbeitete er bereits für eine Firma. Doch als ihm Robert Wille eine Stelle als Doktorand anbot, fiel die Entscheidung schnell und der Job wurde gekündigt. Als sein Doktorvater während seines PhDs an die TUM wechselte, war für Lukas klar, dass er mitgeht – auch wenn er seiner österreichischen Heimatstadt dafür nicht den Rücken kehren wird. Denn seinen Lebensmittelpunkt sieht Lukas nach wie vor in Linz verankert: Freundin, ein großer Freundeskreis noch aus Kinderzeiten, die Stadt, in der er sich wohl fühlt. Er werde deshalb oft zwischen München und Linz pendeln.

„In München sitzen in der ganzen Nachbarschaft Leute, die am Thema Quantencomputing forschen und mit denen man sich austauschen kann.“

Dass seine Arbeitsgruppe nun in München verankert ist, darin sieht Lukas eine große Chance: „In Linz waren wir eine von wenigen Gruppen, die am Thema Quantencomputing gearbeitet haben. In München sitzen in der ganzen Nachbarschaft Leute, die daran forschen und mit denen man sich austauschen kann“. Dieser Austausch verlangt den Wissenschaftler:innen aber auch einiges ab. „Wenn wir als Informatiker mit den Physikern reden, braucht es sehr viel Zeit um sicherzustellen, dass beide Parteien dasselbe meinen“, meint der 29-Jährige und denkt dabei an Treffen mit mehreren MQV-Wissenschaftler:innen, bei denen das Thema Kompilierung im Fokus stand. Jeder spreche eine andere Sprache, aber würde man nicht miteinander reden, laufe man Gefahr die falschen Probleme zu lösen, sagt Lukas. Da ein Compiler als Übersetzer von Programmier- in Maschinensprache fungiert, macht es einen Unterschied, ob der Prozessor mit supraleitenden Qubits oder mit in Atomen kodierten Qubits arbeitet. Beispielsweise müsse man bei der Kompilierung von Programmen darauf achten, dass je nach Hardware-Technologie nur bestimmte Quantengatter unterstützt werden oder nicht alle Qubits miteinander „reden“ können, erklärt der junge Informatiker. „Um einen Compiler schreiben zu können, der auf eine bestimmte Hardware so gut wie möglich kompiliert, brauchen wir Charakteristiken der physikalischen Systeme, die wir in unsere Modelle einpflegen können.“ Man müsse versuchen die Physik ein bisschen mehr zu verstehen, die Physiker hingegen müssten Abstraktionslevel schaffen und dürften nicht mit physikalischen Details um sich werfen. „Wir müssen da irgendwie zueinanderfinden, denn Insellösungen werden nicht zum Erfolg führen.“

Mittags trifft sich Lukas mit Nils, Aaron und weiteren Doktoranden aus der Gruppe. Die Hände in den Taschen seiner kurzen Hose spaziert er gemeinsam mit seinen Teamkollegen vom TUM-Campus an der Arcisstraße hinüber zur Mensa. Seit einer Wette zu Schulzeiten trage er – sofern es ihm kein formeller Anlass verwehrt – immer kurze Hosen, auch im Winter. Fast sowas wie ein Markenzeichen, meint Lukas lachend. Vielleicht auch ein Zeichen für seine optimistische Ader. Die Sonne wird schon warm genug scheinen an diesem sonst noch kühlen Frühlingstag.