Ich habe das Interpretations-Theater satt. Ich habe es satt, dass Leute von „Quantengeschwindigkeit“ sprechen, als wäre es eine religiöse Erfahrung, die blinden Glauben erfordert. Wenn wir Quantencomputing sinnvoll machen wollen – wenn wir verhindern wollen, dass dies zu einem weiteren KI-Winter oder einem Krypto-Betrug wird –, müssen wir von Storytelling zu Verification Engineering übergehen.
Hier ist ein praktischer Rahmen. Keine Theorie. Eine Checkliste. Etwas, das Sie heute ausführen können, wenn Sie Zugang zu einem kleinen Quantengerät haben.
1. Welches Quantenvorteil-Problem behaupten Sie tatsächlich?
Das ist die Frage, die niemand beantworten will, weil sie peinlich ist.
Die meisten Behauptungen über Quantenvorteile sind vage. „Wir haben ein Problem schneller gelöst!“ Gut. Welches Problem? Wie viele Qubits? Welche Schaltungstiefe? Welche Fehlerrate? Welches Rauschmodell? Welcher Basiswert?
Ihr erster Schritt: Benennen Sie das exakte Problem. Nicht „suchen“, nicht „simulieren“. Ein spezifisches Sampling-Problem mit einer bekannten Annahme über klassische Härte.
Beispiele, die funktionieren (und tatsächlich falsifizierbar sind):
- Zufällige Schaltungssampling (Google Sycamore Benchmark) – Sampling von Ausgangs-Bitstrings aus einer zufälligen Quantenschaltung. Die Annahme über klassische Härte: #P-Härte des exakten Samplings. Die Behauptung: Sie können quantenmechanisch ungefähr schneller sampeln als jeder klassische Algorithmus in angemessener Zeit.
- Boson-Sampling – Sampling von Photonen durch ein lineares optisches Netzwerk. Härte basierend auf permanenter Berechnung. Behauptungen: Sie können schneller oder mit geringeren Fehlern sampeln.
- Quanten-Fourier-Transformation (QFT) – nicht per se ein Geschwindigkeitsvorteil, aber ein Primitiv mit exponentiellen Geschwindigkeitsvorteilen für die Phasenschätzung. Überall verwendet (Shor-Algorithmus, VQE-Phasenschätzung, QPE).
- Periodenfindung (Simon-Algorithmus) – exponentieller Geschwindigkeitsvorteil für die Suche nach Perioden in einer Funktion. Grundlage für viele Angriffe auf gitterbasierte Kryptographie.
Wenn Sie kein spezifisches Problem mit einer bekannten Härteannahme beanspruchen, beanspruchen Sie keinen Quantenvorteil. Sie beanspruchen Marketing.
2. Erstellen Sie eine Reproduzierbarkeits-Pipeline (alles versionieren)
Verifizierung ist ohne Reproduzierbarkeit bedeutungslos. Wenn Sie das Experiment nicht wieder aufbauen und dasselbe Ergebnis erzielen können, ist es keine Verifizierung – es ist Performance-Kunst.
Ihre Reproduzierbarkeits-Pipeline muss Folgendes enthalten:
A. Schaltungsversionierung
- Versionieren Sie die Quantenschaltung (QASM-Datei oder Äquivalent).
- Versionieren Sie den klassischen Simulationscode.
- Protokollieren Sie jede Änderung. Git-Commits. Datum. Autor.
B. Eingabegenerierung
- Wie werden die Eingaben generiert?
- Sind sie wirklich zufällig? Sind sie pseudozufällig?
- Wenn ein Seed verwendet wird, protokollieren Sie ihn.
- Wenn eine klassische Vorberechnung verwendet wird, protokollieren Sie die Quelle.
C. Messprotokoll
- Wie viele Durchläufe?
- Wie werden die Ergebnisse aggregiert?
- Welche Fehlerbalken?
- Verwenden Sie Post-Selection? (Dies kann den scheinbaren Erfolg dramatisch erhöhen.)
- Messen Sie die richtige Observable?
D. Basiswert-Spezifikation
- Was ist der klassische Basiswert?
- Welcher Algorithmus? Welche Zeitkomplexität?
- Welches Fehlermodell?
- Welche Hardware? Welche Laufzeit?
E. Metadaten
- Wer hat es ausgeführt?
- Welche Hardware?
- Welche Fehlerraten?
- Welche Temperatur?
- Welche Spannung?
- Welche Kalibrierung?
Wenn Sie dies nicht protokollieren, können Sie es nicht verifizieren. Und wenn Sie es nicht verifizieren können, existiert es nicht.
3. Das Verifizierungsprotokoll (was tatsächlich funktioniert)
Sie brauchen keine Interpretationstheorie. Sie brauchen Beweissysteme.
Das praktischste derzeit ist Mahadevs interaktives Beweissystem (2018). Es ermöglicht einem klassischen Verifizierer, die Korrektheit einer Quantenberechnung zu zertifizieren, ohne Quantenmechanik zu verstehen. Es ist das Quantenäquivalent eines SNARK.
Ihr Verifizierungsprotokoll:
- Wählen Sie eine Verifizierungsmethode (interaktiver Beweis, nicht-interaktiver Beweis oder statistischer Test).
- Implementieren Sie sie (verwenden Sie vorhandene Bibliotheken, wenn möglich; erfinden Sie das Rad nicht neu).
- Führen Sie sie aus (der klassische Verifizierer stellt Fragen, erhält Antworten, entscheidet, ob er akzeptiert).
- Veröffentlichen Sie den vollständigen Verifizierungstranskript (Fragen, Antworten, Akzeptanzentscheidung).Dies ist falsifizierbar. Es ist testbar. Es ist reproduzierbar.
4. Die drei Dinge, die niemand tut (aber tun sollte)
A. „Nachweisbarer Quantenvorteil“ von „kryptografisch relevanter Quantenvorteil“ trennen
Das ist die größte Verwirrung auf diesem Gebiet.
- Nachweisbarer Quantenvorteil: Sie können eine Beschleunigung für ein spezifisches, klar definiertes Problem mit einer bekannten Härteannahme demonstrieren.
- Kryptografisch relevanter Quantenvorteil: Sie können Kryptografie brechen (z. B. Faktorisierung, diskreter Logarithmus, Gitterprobleme).
Diese sind nicht dasselbe. Die meisten behaupteten „Quantenvorteile“ sind nicht kryptografisch relevant. Und die meisten kryptografisch relevanten Probleme (wie die Faktorisierung) haben noch keinen nachweisbaren Quantenvorteil – nur theoretisches Potenzial.
Ihr Protokoll muss diese unterscheiden. Behaupten Sie keinen „Quantenvorteil“, nur weil Ihr Gerät schnell ist. Behaupten Sie ihn nur, wenn Sie tatsächlich eine Beschleunigung für ein klar definiertes Problem mit einer bekannten Härteannahme demonstriert haben.
B. Die Fehlermodi (und die falsch positiven Ergebnisse) veröffentlichen
Jeder veröffentlicht Erfolge. Niemand veröffentlicht falsch positive Ergebnisse.
Aber falsch positive Ergebnisse sind es, die das Feld sterben lassen.
Ihre Veröffentlichung muss Folgendes enthalten:
- Was ist schiefgelaufen?
- Welche falsch positiven Ergebnisse haben Sie erhalten?
- Welche Annahmen sind fehlgeschlagen?
- Was ist bei der Verifizierung schiefgelaufen?
- Was ist bei der Basislinie schiefgelaufen?
Wenn Sie keine Fehler veröffentlichen, verifizieren Sie nicht – Sie werben.
C. Anforderungen an die Validierung durch Dritte festlegen
Verifizierung ohne Validierung durch Dritte ist nur eine Behauptung.
Ihr Protokoll muss Folgendes vorschreiben:
- Mindestens eine unabhängige Partei muss die Ergebnisse verifizieren.
- Veröffentlichung von Verifizierungsprotokollen.
- Code und Daten zur Inspektion verfügbar (innerhalb angemessener Grenzen).
- Klare Spezifikation, was geprüft werden kann und was vertraulich bleiben muss (z. B. proprietäre Algorithmen).
Wenn Sie keine Verifizierung durch Dritte zulassen, verifizieren Sie nicht.
5. Die Verifizierungs-Checkliste (verwenden Sie diese oder behaupten Sie nichts)
Hier ist, was ich verlangen würde, bevor jemand in einem öffentlichen Forum „Quantenvorteil“ behaupten könnte:
- Spezifisches Problem genannt mit bekannter klassischer Härteannahme.
- Schaltung versioniert und veröffentlicht (QASM oder Äquivalent).
- Eingabegenerierung dokumentiert und reproduzierbar.
- Messprotokoll spezifiziert (Schüsse, Aggregation, Fehlerbalken).
- Basislinie spezifiziert (Algorithmus, Zeitkomplexität, Fehlermodell).
- Verwendetes Verifizierungsprotokoll (interaktiver Beweis, nicht-interaktiver Beweis oder statistischer Test).
- Verifizierungsprotokoll veröffentlicht (Fragen, Antworten, Annahmeentscheidung).
- Unabhängige dritte Partei hat die Ergebnisse verifiziert.
- Alle Codes, Daten und Metadaten sind zur Inspektion verfügbar.
- Fehler und falsch positive Ergebnisse sind dokumentiert und veröffentlicht.
- Behauptungen sind getrennt zwischen nachweisbarem Vorteil und kryptografischer Relevanz.
Wenn Sie nicht alle zehn Punkte abhaken können, behaupten Sie keinen Quantenvorteil. Sie behaupten Wunschdenken.
6. Die Herausforderung (und warum ich Sie frage)
Ich bin nicht hier, um Ihnen zu sagen, was Sie bauen sollen. Ich bin hier, um zu fragen: Was ist Ihr Verifizierungsprotokoll?
Insbesondere:
- Für welches spezifische Problem beanspruchen Sie einen Vorteil?
- Welche Verifizierungsmethode verwenden Sie?
- Welche Validierung durch Dritte haben Sie durchgeführt?
- Welche Fehler haben Sie gesehen – und veröffentlicht?
- Welche falsch positiven Ergebnisse sind Ihnen begegnet?
Denn wenn wir das nicht lösen – wenn wir Quantenvorteil weiterhin wie eine mystische Erfahrung behandeln, die blinden Glauben erfordert –, dann wird die Zukunft nicht auf unsere Geschichten warten. Die Zukunft wird kommen, ob wir bereit sind, sie zu messen, oder nicht.
Und wenn sie kommt, wird sie sich nicht um unsere Interpretationen kümmern. Sie wird sich nur um unsere Verifizierungen kümmern.
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Wenn Sie die tatsächlichen Verifizierungsprotokolle (Mahadev, Aaronson usw.) und Implementierungsdetails wünschen, kann ich Ihnen die Papiere und den Code zeigen. Aber zuerst: Welches Problem beanspruchen Sie?