„Ein regnerischer Nachmittag, der mein Leben verändert hat“

Oneka, ein Video auf YouTube zeigt Sie als Kind, wie Sie Pirouetten auf dem Eis drehen. Wie wurde aus der kleinen Eisprinzessin eine Quantenwissenschaftlerin?
Als Kind interessierte ich mich überhaupt nicht für Naturwissenschaften oder Physik. Ich interessierte mich für die Welt um mich herum; das sichtbare Universum – aber nicht die Prinzipien dahinter oder warum es so funktioniert. Erst an der High School begann ich mich wirklich für die Mathematik und Physik hinter den Dingen zu interessieren. Als ich mich damit beschäftigte, erkannte ich, dass sich alle Prinzipien und auch die Logik hinter dem Eislaufen, wie etwa der Einsatz meiner Arme und Hände bei Pirouetten, um schneller zu werden, tatsächlich in mathematischen Gleichungen modellieren lassen. Es war mein erster Zugang zur Physik. Ich begann mich sehr für die Prinzipien zu interessieren und dafür, wie ich die mathematische Logik im Alltag nutze, ohne darüber nachzudenken. Nach der Schule ging ich in die Bibliothek und las Physikbücher. Und dann stieß ich im letzten Kapitel eines Buches auf die Quantenmechanik. Schon allein der Name klang für mich faszinierend. Ich erinnere mich genau an den Moment – es regnete draußen, ich vertiefte mich und es hat mein Leben verändert. Ich stieg ins subatomare Universum ein, lernte, dass sich in der Quantenwelt alles ganz anders bewegt und sich völlig anders verhält, als wir es intuitiv annehmen. Auch, dass die Zeit je nach Geschwindigkeit, mit der man sich durch den Raum bewegt, unterschiedlich schnell ist, faszinierte mich. Ich erfuhr von den Quantenphänomenen wie Superposition, der Idee, dass Teilchen an mehreren Orten gleichzeitig sein können, Heisenbergs Unschärferelation. Diese Dinge beschäftigten mich so, dass ich sie unbedingt verstehen wollte: Wie ist so etwas überhaupt möglich?

Es hat Sie so sehr beschäftigt, dass Sie tiefer einsteigen mussten!
Genau. Als Einstein die Quantenmechanik entdeckte, hatte er dafür einen sehr lustigen Ausdruck. Er nannte es „spukhafte Fernwirkung“. Für ihn ergab es absolut keinen Sinn, wie diese Phänomene wahr sein konnten – und er wollte eine theoretische Erklärung. Ich hatte die gleiche Reaktion.

Es ist ja auch seltsam. Wenn zwei Teilchen miteinander verschränkt sind und die Veränderung an einem Teilchen unabhängig von der Entfernung eine Veränderung am Teilchen verursacht, muss es etwas geben, das schneller als Licht ist. Eine Kraft, von der wir keine Ahnung haben.
Ein Teil von Einsteins Entdeckungen war, dass die Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit tatsächlich die Zeit verzerrt. Wenn man an etwas wie Verschränkung denkt, würde dies die Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit in Frage stellen. Es fiel mir schwer zu akzeptieren, dass diese Science-Fiction-Geschichten aus Filmen wahr sein könnten.

Wie ging Ihre Reise von der Bibliothek in die Welt der Quantenphysik hin zum diesjährigen der Qiskit-Hackathon weiter?
In der Bibliothek habe ich eine Leidenschaft für Physik entwickelt, die ich bisher für nichts anderes so stark empfunden habe. Ich lerne nicht nur, die Welt um mich herum zu verstehen, sondern auch, wozu ich fähig bin und wie sehr ich mich für eine Sache interessieren kann. Ich habe weiter über Physik gelesen, mich mit Quantenmechanik und erfahren, wie Quantenphänomen wie Verschränkung oder Superposition technologisch für Computer und andere Anwendungen nutzbar sind. Ich interessiere mich sehr für Quantencomputing. Ich habe gelesen und mit Menschen aus diesem Feld gesprochen. So habe ich vom Hackathon in München erfahren. Meine Mutter ist Deutsche. Ich mag Deutschland und die dortige Forschung sehr. Sie gehören zu den Vorreitern im Quantencomputing. Ich wollte dann unbedingt am Hackathon teilnehmen, der ja direkt Deutschlands Quantum Valley stattfinden sollte. Mit Qiskit, IBMs Lösung für die Quantenprogrammierung, hatte ich schon gearbeitet. Ich habe meiner Mutter in den Ohren gelegen, dass ich so gern am Hackathon teilnehmen würde. Zum Geburtstag hat sie mir dann das Flugticket nach München geschenkt.

Wie kam ihr Team mit Marc Maußner, Cristian Ilie, Thierry Kaldenbach und Filip-Ioan Ceară zu stande?
Eine meiner Freundinnen promoviert in Deutschland über Quantencomputing und hat als Freiwillige beim Hackathon geholfen. Ich habe sie gefragt, ob sie jemanden kennt, der am Hackathon teilnimmt, weil ich gerne mehr Leute kennenlernen wollte. Zwei ihrer Freunden wollten teilnehmen. Wir haben uns in München getroffen und das Team gegründet. Sehr nette Leute. Ohnehin waren tolle Leute aus aller Welt dabei. Wir haben noch zwei weitere Teamkollegen getroffen, zufällig die Gewinner vom letzten Mal. Sie waren kannten sich super gut mit Quantencomputern und insbesondere dem Thema aus, mit dem wir uns beschäftigt haben.

Als neu zusammengewürfeltes Team haben Sie gewonnen. Wie sah Ihre Lösung aus?
Das Thema des Hackathons war Transpilation: es geht darum, einen Eingangsschaltkreis exakt an die Topologie eines Quantenbauelements anzupassen, und Schaltkreisbefehle so zu optimieren, dass sie unempfindlicher für das Rauschen von Quantencomputern werden. Ein Quantenschaltkreis ist analog zu Logikgattern in der Informatik. Man kann ihn an verschiedene Arten von Qubits anpassen. Wenn man einen Quantenschaltkreis hat, der aus einer Reihe von Logikgattern über einem bestimmten Qubit besteht, erhält man im Grunde das Quantenäquivalent eines klassischen Algorithmus. In der Praxis ist es jedoch nicht gut, wenn man zu viele Qubits oder Logikgatter hat, da heutige Hardware noch nicht so viel gleichzeitig verarbeiten kann. Es gibt Einschränkungen. Wir sprechen hier über die Verschränkung. Wenn man versehentlich den Zustand eines von ihnen zerstört, wird aufgrund ihrer Verknüpfung auch der Rest des Zustands zerstört – dies wird als Dekohärenz bezeichnet. Je mehr Qubits, desto empfindlicher und rauschanfälliger das System. Die Idee der Transpilation liegt darin, die Quantenschaltung so zu optimieren, dass weniger Fehler auftreten.

Man überwindet also gewissermaßen die heutigen Hardware-Einschränkungen mathematisch?
Ja. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Schaltkreis mathematisch zu optimieren, sodass er Berechnungen in weniger Schritten mit weniger Qubits auf geordnetere Weise ausführt. Wir haben den Transpiler von Qiskit genutzt und molekulare Simulationen oder genauer gesagt Fermionen-Quantenschaltkreise simuliert. Fermionen sind subatomare Teilchen. Eine kurze Anmerkung am Rande: Das Tolle an Quantencomputern ist, dass man sich mit Quantenprinzipien beschäftigt. Man kann Atome direkt auf quantenmechanische Weise modellieren, da das gesamte System grundlegend quantenmechanisch ist. Wir haben uns mit einem Problem namens „Variational Quantum Eigensolver“ befasst. Hier simuliert man die Funktion von Molekülen auf eine Art, die für klassische Computer sehr schwierig ist. Wir haben Majorana-Fermionen-Operatoren verwendet, um die Schaltung zu optimieren, und uns auf eine kleine Gruppe von Problemen konzentriert. Nach den 24 Stunden hatten wir bessere Ergebnisse als mit dem Optimierer von Qiskit.

Was für eine Leistung in so kurzer Zeit!
Es war definitiv eine lange schlaflose Nacht. Alle waren voll engagiert und hochkonzentriert. Es war eine schöne, sehr motivierende Atmosphäre. Die Teamkollegen waren super kooperativ, interaktiv und nett im Umgang. Ich werde 2027 auf jeden Fall wieder teilnehmen.

Was sind darüber hinaus Ihre Zukunftspläne? Mit Ihrer Leidenschaft könnten Sie einige der Hindernisse überwinden, die uns daran hindern, die Quantenmechanik zu verstehen...
Was als Faszination begonnen hat, ist heute mehr als eine Leidenschaft für die Erkenntnis an sich. Ich spüre eher eine Verpflichtung, die Möglichkeiten der Quantenwelt als Tor zur mikroskopischen Welt zu nutzen, um dort technologische Fortschritte voranzutreiben, die unsere Gesellschaft weiterbringen. Was mich am meisten begeistert: Es geht nicht nur um Mechanik, sondern darum, diese zum Beispiel für die Simulation von Molekülen zu nutzen, und konkrete Ergebnisse zu erzielen. Das macht für mich die Magie aus. Nach dem Studium möchte ich das Gelernte in der Quanten-Community einbringen. Ich möchte mich praktisch mit Quantenphysik beschäftigen und bei Durchbrüchen mitwirken – und wenn möglich ein Start-up gründen, das innovative Lösungen für das Quantencomputing entwickelt. Ich möchte in meinem Leben unbedingt sehen, was Quantentechnologien für unsere Gesellschaft und die Menschheit leisten können.