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Google präsentiert neuen Quantenalgorithmus „Quantum Echoes“


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It was translated with technical assistance and editorially reviewed before publication.

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Ein Forschungsteam von Google Quantum AI hat einen neuen Quantenalgorithmus entwickelt, der einen verifizierbaren Quantenvorteil gegenüber herkömmlicher Hardware ermöglichen soll. Der Algorithmus trägt den Spitznamen Quantum Echoes und soll auf Googles Quantenchip Willow 13.000-mal schneller laufen als der beste bekannte klassische Algorithmus auf den schnellsten Supercomputern.

Die Ergebnisse präsentiert die Gruppe in einer Publikation im Fachmagazin Nature. Ein zur gleichen Zeit erschienenes Manuskript auf dem Preprint-Server arXiv soll die erfolgreiche Anwendung von Quantum Echoes im Bereich der NMR demonstrieren.

Rezepte für Quantencomputer

Quantencomputer versprechen bei bestimmten Aufgaben einen enormen Rechenvorteil im Vergleich zu herkömmlichen oder auch Supercomputern. Damit die Quantenrechner aber einen Vorteil liefern, benötigen sie spezielle Quantenalgorithmen, die Quanteneffekte geschickt ausnutzen, um ein Problem effizient zu lösen. Verbreitet ist der Shor-Algorithmus, der das mathematische Problem löst, auf dem ein Großteil der heute etablierten Verschlüsselungsverfahren basiert. Damit könnte es Quantencomputern also eines Tages gelingen, in kürzester Zeit komplexe Verschlüsselung zu knacken.


Google Quantenchip Willow

Google Quantenchip Willow

Vergangenes Jahr präsentierte Google seinen neuesten Quantenchip „Willow“. Mit seinen aktuellen Ergebnissen demonstriert die Forschungsgruppe, dass sie nicht nur Quanten-Hardware, sondern auch Software weiterentwickelt.

(Bild: Google Quantum AI)

Das sogenannte Random Circuit Sampling (RCS) ist ein weiterer Quantenalgorithmus, den Unternehmen wie Google häufig nutzen, um die Leistungsfähigkeit ihrer Quantenchips zu demonstrieren. RCS wurde allerdings speziell dafür konstruiert, die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern zu testen. Somit ist RCS als reiner Benchmark zu verstehen, da der Algorithmus kein Problem löst, das für reale Anwendungen nützlich wäre.

Nicht so Googles neuer Quantenalgorithmus Quantum Echoes. Dieser testet nicht einfach nur die Komplexität, sondern auch die Präzision einer Quantenrechnung. Das Team verkündet, dieser Algorithmus könne bei der Lösung von realen Problemen helfen, die etwa in der Medikamenten- oder Fusionsforschung eine Rolle spielen.

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Quantum Echoes soll außerdem einen verifizierbaren Quantenvorteil liefern. Das bedeutet, dass andere Forschungsgruppen den Algorithmus auf ihren eigenen Quantenrechnern ausführen, das Ergebnis des Willow-Prozessors reproduzieren und so bestätigen können. Eigenen Angaben zufolge hat Google ein unabhängiges Team beauftragt, Schwachstellen in ihrem Algorithmus zu finden, um so die Performance zu bestätigen.

So funktioniert Quantum Echoes

Der technische Name von Quantum Echoes lautet eigentlich „Out-of-order Time Correlator (OTOC) Algorithm“. Vereinfacht gesagt ist Quantum Echoes ein Algorithmus, um die Zeit zurückzudrehen und so die Eigenschaften von Quantencomputern besser zu verstehen, Störungen nachzuverfolgen oder umzukehren.

Dafür führen die Wissenschaftler zuerst eine Reihe von Operationen auf dem Quantenchip aus. Dann stören sie eines der Qubits und diese Störung breitet sich im Quantencomputer aus. Anschließend kehren sie die Operationen um, sie führen also die Operationen aus dem ersten Schritt rückwärts in umgekehrter Reihenfolge durch – wie bei einem Echo, daher der Name des Algorithmus. Zuletzt lesen sie die Informationen aus.

Das Ergebnis verrät den Forschern, wie sich Quanteninformation und klassisches Rauschen im Quantencomputer ausbreiten. Üblicherweise sind diese beiden Effekte schwierig auseinanderzuhalten, weil alle Elemente des Quantencomputers miteinander verknüpft sind und sich verschiedene Effekte überlagern. Ihr Algorithmus verrät den Forschern, wie sich Quanteninformation in komplexen Systemen mit vielen Teilchen ausbreitet.

So können die Forscher Einblicke in mikroskopische Eigenschaften des Quantensystems gewinnen, die ein klassischer Computer nicht berechnen kann. Darin sieht das Team einen möglichen Baustein für künftige Beweise eines echten Quantenvorteils. Der Algorithmus selbst zeigt in der Nature-Publikation jedoch keinen Quantenvorteil und löst kein reales Problem.

Erste Anwendungen in der NMR

Eine tatsächliche Anwendung schlägt das Team in einem begleitenden Manuskript auf arXiv vor. Die Arbeit basiert auf einer Kollaboration mit Forschungsgruppen aus den USA, dem Vereinigten Königreich, Kanada und Australien. Die Anwendung stammt aus dem Bereich der Kernspinresonanz (NMR, für Nuclear Magnetic Resonance). NMR ist die Grundlage für die Magnetresonanztomografie (MRT), sowie viele weitere Präzisionsmessmethoden in der Chemie, Medizin oder Geophysik.

Im betrachteten Beispiel könne Quantum Echoes als „molekulares Lineal“ dienen, um Abstände sehr präzise zu messen und Informationen über chemische Strukturen zu gewinnen. Das Team untersuchte in ihrer Arbeit zwei Moleküle mit 15 beziehungsweise 28 Atomen. Die Berechnungen mit Googles Willow stimmten mit den Vorhersagen der klassischen NMR überein. Quantum Echo liefere jedoch zusätzliche Informationen, die NMR allein nicht liefern könne.

Bessere NMR ist für viele Bereiche relevant, wie die Pharmaforschung oder Materialentwicklung, um die molekulare Struktur in Medikamenten oder Baustoffen besser und schneller zu verstehen. Die Ergebnisse des arXiv-Manuskripts wurden noch nicht von unabhängigen Experten geprüft.

„Diese neue Arbeit präsentiert den Quantencomputer als Tool, um molekulare Strukturen aufzudecken, nicht nur in der NMR, sondern in der Zukunft vielleicht auch in der Quantensensorik“, sagt Michel Devoret während einer Vorab-Präsentation der Ergebnisse. Das Team nutzt den Begriff „Quantum-Scope“, um die Weiterentwicklung von Teleskopen und Mikroskopen anzudeuten.

Devoret gewann kürzlich den Physik-Nobelpreis für die physikalischen Grundlagenexperimente, die heute die Basis für supraleitende Qubits bilden. Dies sind die Bausteine, aus denen Unternehmen wie Google oder auch IBM und das europäische IQM Quantencomputer konstruieren. Devoret ist leitender Wissenschaftler für Quantenhardware bei Google Quantum AI.

Ein echter Quantenvorteil?

Bereits 2019 verkündete ein Forscherteam von Google, mit ihrem damaligen Quantenchip Sycamore einen Quantenvorteil demonstriert zu haben. Der Chip soll ein Problem in wenigen Minuten gelöst haben, für das ein herkömmlicher Supercomputer 10.000 Jahre gebraucht hätte. Kurz darauf wurde dieser Erfolg relativiert, als Forscher einen Weg fanden, die gleiche Rechnung mit einem effizienteren Algorithmus in wenigen Minuten auf einem herkömmlichen Computer zu lösen.

„Dieses Rennen zwischen klassischem und Quantencomputing ist ganz normal. All diese Geschwindigkeits-Vorhersagen sind Momentaufnahmen. Wir haben schon damals erwartet, dass Entwickler klassische Algorithmen beschleunigen“, sagt Hartmut Neven. „Wir erwarten, dass das auch in diesem Fall passieren wird. Aber auch die Quantentechnologie entwickelt sich weiter und die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern wird weiter steigen.“

Google zeigt sich optimistisch, innerhalb von fünf Jahren relevante Probleme mithilfe Quantencomputern lösen zu können, die kein klassischer Computer lösen könne. Mit der Entwicklung größerer, fehlerkorrigierter Quantenrechner erwartet das Unternehmen auch, dass mehr reale Anwendungen für Quantencomputer entdeckt werden. Aktuell fokussiere sich das Team darauf, seinen dritten Meilenstein zu erreichen: ein langlebiges, logisches Qubit.


(spa)



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Jolla startet Vorverkauf von neuem Sailfish-Phone


Nach dem Update zur Community-Befragung Anfang November hat Jolla nun den Vorverkauf für das neue Jolla Phone gestartet. Für etwa 99 Euro können sich Interessierte ihr Gerät reservieren und mithelfen, die 2000 benötigten Vorbestellungen Wirklichkeit werden zu lassen. Der endgültige Preis scheint sich dabei von Land zu Land etwas zu unterscheiden. Laut Jolla wird das Gerät erst nach dem Erreichen dieser Schwelle produziert werden können.

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Dual-SIM-Unterstützung und erweiterbarer Speicherplatz

Ein Blick auf die Produktseite verrät bereits einige Details, auch wenn der genutzte Prozessor nur als schnelle Mediatek-5G-Plattform umschrieben wird. Dieser werden 12 GByte Arbeitsspeicher und 256 GByte Speicher zur Seite stehen. Letzterer lässt sich dank microSDXC-Karte auf bis zu zwei TByte erweitern. Im selben Einschub finden zwei Nano-SIMs Platz. Dies war auch schon beim Jolla C2 der Fall. Ansonsten wird das neue Smartphone Wi-Fi 6, Bluetooth 5.4 und NFC unterstützen.

Beim Display konnte Jolla dem Wunsch der Community nach einem Bildschirm mit circa sechs Zoll entsprechen. Das Gerät soll ein 6.36 Zoll großes AMOLED-Display bekommen und in Full-HD auflösen, was laut Jolla einer Pixeldichte von circa 390 ppi entspricht. Das Seitenverhältnis soll dabei bei 20:9 liegen. Geschützt wird der Bildschirm durch Gorilla-Glas. Eine genauere Spezifikation wird hier allerdings nicht genannt. Die Dimensionen des Smartphones werden bei 158 x 74 x 9mm liegen. Damit ist es ungefähr so groß wie das Fairphone 6.

Auf der Rückseite des Gerätes finden sich eine 50-Megapixel-Kamera und eine 13-Megapixel-Weitwinkelkamera. Die Auflösung der Selfie-Kamera auf der Frontseite nennt Jolla hingegen nicht. Die Rückseite des Smartphones kann den Wünschen der Community entsprechend entfernt werden. Auch dem Anliegen nach einem wechselbaren Akku konnte demnach entsprochen werden. Dieser bietet eine Kapazität von 5500 mAh. Dabei hoffen die Nutzer, dass es später weitere Abdeckungen geben wird, die sich farblich von den aktuellen Farben Weiß, Schwarz und Orange unterscheiden.

Fokus auf Privatsphäre und Nachhaltigkeit

Wie angekündigt, liegt der Fokus von Jolla auf Privatsphäre und Nachhaltigkeit. Das neue Sailfish-Phone soll mindestens fünf Jahre Software-Unterstützung erhalten. Zudem ist ein Privatsphäre-Schalter verbaut. Laut der Website können Anwender diesen nach Belieben konfigurieren. So sollen sich beispielsweise das Mikrofon, Bluetooth oder auch die Android-Apps abschalten lassen.

Einen Fingerprint-Reader haben die Finnen im Power-Knopf des Smartphones verbaut. Ebenso an Bord ist eine LED für Benachrichtigungen. Dem Wunsch eines Kopfhörer-Anschlusses konnte, sehr zum Bedauern vieler Community-Mitglieder, nicht entsprochen werden. Im Forum finden sich stattdessen aber einige Verweise auf entsprechende Adapter, wie man sie auch von anderen Smartphones kennt.

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Lieferung erst Mitte 2026

Die Kampagne zur Vorbestellung läuft genau einen Monat, das heißt, bis zum 4. Januar 2026. Wer das neue Sailfish-Phone in diesem Zeitraum für 99 Euro reserviert, zahlt noch einmal 400 Euro, sobald das Gerät verfügbar ist. Jolla betont, dass die Reservierung jederzeit storniert werden kann. Vorbesteller sollten das angezahlte Geld laut der Finnen auch dann zurückerhalten, wenn die 2000 Vorbestellungen nicht erreicht werden. Zum Zeitpunkt des Erscheinens dieses Artikels ist das Ziel aber bereits erreicht.

Nach Ablauf des Monats werden zwischen 599 Euro und 699 Euro fällig. Interessierte müssen dabei noch recht lang auf das Smartphone warten. Jolla rechnet mit einer Verfügbarkeit Mitte 2026.


(nie)



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Leuchtmittelwahl: Mit passendem Licht fit und munter durch den Winter


Das Sonnenlicht: warm, hell und im Winter leider selten da. Da Winterschlaf keine Option ist, muss Ersatz her. Mit der richtigen Beleuchtung bleiben Sie im Homeoffice frisch und munter, sehen in Videokonferenzen natürlich statt blass und grau aus und fühlen sich in der dunklen Jahreszeit insgesamt besser.

Durch ausreichende Helligkeit und flimmerfreies Licht ermüden weder die Augen noch der Kopf zu schnell. Und wenn der Winterblues zuschlägt, kann eine Tageslichtlampe dagegen helfen.

  • Flimmerfrei und mindestens 500 Lux hell – damit bleibt man im Homeoffice frisch und fokussiert.
  • In Videokonferenzen sorgt neutralweißes Licht zusätzlich für natürliche Farben.
  • Tageslichtlampen vertreiben mit intensivem, kaltweißem Licht den Winterblues.

Ausreichend hell für Büroarbeit

Im Arbeitszimmer, in der Küche und im Bad liegt die empfohlene Beleuchtungsstärke mit 500 oder mehr Lux deutlich über der im Wohn- oder Schlafzimmer. Obwohl das Arbeitszimmer auf den ersten Blick auch bei deutlich weniger als 500 Lux hell genug zu sein scheint, ermüden die Augen in zu dunklen Räumen besonders bei filigranen Arbeiten viel schneller.


Das war die Leseprobe unseres heise-Plus-Artikels „Leuchtmittelwahl: Mit passendem Licht fit und munter durch den Winter „.
Mit einem heise-Plus-Abo können Sie den ganzen Artikel lesen.



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Studie: Rechenzentren rund um Frankfurt kurbeln Wirtschaft an


Frankfurt und das umliegende Rhein-Main-Gebiet haben sich zu einem der wichtigsten digitalen Hubs Europas entwickelt. Eine neue Studie des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW Consult) und des Beratungshauses Detecon für den eco-Verband der deutschen Internetwirtschaft unterstreicht die enorme ökonomische Bedeutung der dort ansässigen Rechenzentrumsbranche. Im Gegensatz zur Gesamtwirtschaft, die in Frankfurt und der Region Rhein-Main in den vergangenen fünf Jahren um rund 16 Prozent wuchs, verdoppelte sich dort gleichzeitig das Bruttoinlandsprodukt (BIP) im Sektor der Betreiber von Rechenzentren.

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Die Prognosen sehen laut der Analyse ein ungebremstes Wachstum voraus, schreibt der eco: Das Branchen-BIP soll in den kommenden fünf Jahren in der hessischen Gegend voraussichtlich um weitere 175 Prozent steigen.

Die Wertschöpfung beschränke sich dabei nicht nur auf die Betreiber selbst, heißt es: Jeder in Rechenzentren erwirtschaftete Euro soll weitere 51 Cent an wirtschaftlicher Leistung anstoßen – 24 Cent davon direkt in der Region. Zudem generierte die Branche 2023 ein Steueraufkommen von 405 Millionen Euro. Davon sollen 287 Millionen Euro direkt auf die Betreiber und weitere 117 Millionen Euro auf Zulieferer entfallen sein. Geschätzt blieben etwa zehn Prozent des Steueraufkommens in den Standortkommunen, größtenteils aufgrund von Gewerbesteuern.

Noch bedeutender sind die „Spillover-Effekte“ für Anwenderindustrien: Unternehmen, die Rechenzentrumsinfrastruktur nutzen, sind laut der IW-Studie wesentlich innovativer. Sie konnten rund 18 Prozent ihrer Umsätze mit neuen Produkten oder Dienstleistungen erzielen, während Unternehmen ohne die Inanspruchnahme von Rechenzentren nur knapp 8 Prozent erreichten. Dieser Effekt wird durch den gegenwärtigen KI-Hype verstärkt, da entsprechende Anwendungen einen massiven Bedarf an Rechenleistung und schnellen Netzen haben.

Diese Sogwirkung wird auch durch den in Frankfurt angesiedelten De-Cix verdeutlicht, den weltweit größten Internetknoten. Die dort herrschende Infrastrukturdichte zieht heimische wie internationale Unternehmen an, die jährlich mindestens zwei Milliarden Euro in die digitale Infrastruktur der Mainmetropole investieren.

Regionale Risiken: Der Kampf um den Strom

Trotz der hervorstechenden Wachstumszahlen stehen Betreiber in Frankfurt und ganz Deutschland zunehmend vor großen Herausforderungen. Die IW-Studie benennt die kritischen Standortfaktoren: hohe Energiekosten, lange Genehmigungsverfahren, regulatorische Unsicherheit und Flächenknappheit.

Ein akutes Problem ist dabei die Stromversorgung. Hier droht der digitale Boom, die Netze der Region an ihre Grenzen zu bringen, wie jüngst auch eine Analyse von AlgorithmWatch ergab. Der rapide steigende Energiehunger – insbesondere durch den Einsatz von KI – führt laut Branchenbeobachtern zu Engpässen bei der Energieversorgung und gefährdet die Netzstabilität. Ein modernes Rechenzentrum kann so viel Strom verbrauchen wie eine Großstadt. Künftige, rein KI-getriebene Rechenzentren dürften einen noch deutlich höheren Bedarf haben.

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Diese Entwicklung birgt das Risiko, dass die dringend benötigten kurzfristig verfügbaren zusätzlichen Stromkapazitäten in großem Maßstab in der Region nicht mehr gewährleistet werden können. Dies verschlechtert die Rahmenbedingungen für die Betreiber massiv.

Skandinavien lockt mal wieder

Béla Waldhauser, Sprecher der unter dem Dach des eco gegründeten Allianz zur Stärkung digitaler Infrastrukturen, warnt daher eindringlich vor einer Abwanderung in andere europäische Länder. Er schielt dabei etwa auf Skandinavien, wo attraktivere Konditionen in Form günstigerer Energiepreise und eines einfacheren sowie leistungsfähigeren Netzzugangs herrschten.

Waldhausers Forderung an Politik und Kommunen: Es braucht ein eindeutiges politisches Engagement für die digitale Infrastruktur. Bezahlbarer Strom müsste sichergestellt sowie beschleunigte und verlässliche Genehmigungsverfahren eingeführt werden, um Frankfurt und die gesamte Region als digitales Zentrum langfristig zu bewahren. Dieses Standbein der digitalen Wirtschaft dürfe nicht gekappt werden.


(nie)



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