David Deutsch: Der Physiker, der das Multiversum wörtlich nahm

Im Jahr 1985 veröffentlichte ein Physiker aus Oxford eine Arbeit, in der er eine Maschine beschrieb, die niemand gebaut hatte und die nur wenige für notwendig hielten: einen universellen Quantencomputer. Sein Argument war nicht, dass er nützlich sein würde. Sein Argument war, dass das tiefste Prinzip der Informatik – Turings Behauptung, eine einzige Maschine könne jeden physikalischen Prozess simulieren – in dieser Form falsch war, weil das Universum quantenmechanisch ist und Turings Maschine es nicht war. Um das Prinzip zu korrigieren, war eine neue Art von Computer erforderlich. Fast vier Jahrzehnte später existieren diese Maschinen, eine Industrie ist um sie herum gewachsen, und David Deutsch wird im Allgemeinen als der Vater des Quantencomputing bezeichnet.

Von Haifa nach Oxford

David Elieser Deutsch wurde am 18. Mai 1953 als Sohn einer jüdischen Familie im israelischen Haifa geboren. Er besuchte die William Ellis School in London, studierte Naturwissenschaften am Clare College in Cambridge und promovierte anschließend am Wolfson College in Oxford bei Dennis Sciama und Philip Candelas über Quantenfeldtheorie in gekrümmten Raumzeiten. Sciama, zu dessen Studenten Stephen Hawking und Roger Penrose zählten, betreute eine Generation britischer Theoretiker, die bereit waren, seltsame Ideen ernst zu nehmen – eine nützliche Lehre für das, was Deutsch als Nächstes tat.

Das Church-Turing-Deutsch-Prinzip

Die Arbeit von 1985 führte die Quanten-Turing-Maschine und das ein, was als Church-Turing-Deutsch-Prinzip bekannt wurde. Turings ursprüngliche Einsicht betraf die Mathematik: Eine universelle Maschine kann alles berechnen, was berechenbar ist. Deutsch formulierte dies als eine Behauptung über die Physik um – dass ein universelles Rechengerät jeden physikalischen Prozess simulieren können muss, und da physikalische Prozesse quantenmechanisch sind, muss die universelle Maschine selbst quantenmechanisch sein.

Dies ist ein für Deutsch typisches Vorgehen. Er nahm ein abstraktes Ergebnis der Logik und bestand darauf, dass es sich in Wirklichkeit um eine Aussage über die Welt handelte, woraufhin er den Konsequenzen dorthin folgte, wohin sie führten. Das Resultat war das theoretische Fundament einer ganz neuen Technologie.

Er ließ konkrete Ergebnisse folgen. Zusammen mit Richard Jozsa entwickelte er den Deutsch-Jozsa-Algorithmus – eine der ersten Demonstrationen dafür, dass ein Quantenalgorithmus exponentiell schneller sein kann als jeder denkbare deterministische klassische Algorithmus. Er löst ein künstliches Problem von keinem praktischen Interesse, aber das ist nebensächlich: Es war ein Existenzbeweis dafür, dass Quantencomputer nicht nur schneller, sondern von Grund auf anders sind. Er arbeitete auch an Quanten-Gattern und der Quantenfehlerkorrektur, der Disziplin, die diese Maschinen in einer rauschbehafteten Welt baufsichtigbar und baubar macht.

Vier Stränge

In Deutschs Buch The Fabric of Reality aus dem Jahr 1985 (erschienen 1997) wurde für etwas Unmodisches plädiert: dass die Art und Weise, die Realität zu verstehen, nicht darin besteht, alles auf Teilchenphysik zu reduzieren, sondern vier tiefe Theorien anzuerkennen, die sich gegenseitig stützen. Hugh Everitts Viele-Welten-Interpretation der Quantenmechanik ist die erste und wichtigste. Karl Poppers Epistemologie mit ihrer Betonung von Realismus und kühnen Vermutungen ist die zweite. Alan Turings Computationstheorie, erweitert durch Deutschs eigenes Turing-Prinzip von universellen Turing-Maschinen zu universellen Quantencomputern, ist die dritte. Richard Dawkins’ Verfeinerung des Darwinismus mit Replikatoren und Memen ist die vierte.

Die Aufnahme war wohlwollend, aber nicht unkritisch. Der Guardian nannte es ein tiefes und ambitioniertes Buch. Die New York Times fand darin erfrischend schräge, provokante Einsichten, stellte sich jedoch die Frage, ob das Ganze in sich schlüssig war. Im Jahr 2011 folgte The Beginning of Infinity, das das Argument auf die Behauptung ausweitete, dass erklärendes Wissen keine inhärenten Grenzen hat.

Deutschs Beitrag zur Wissenschaftstheorie ist ein Kriterium, auf das er großen Wert legt: Gute Erklärungen sind schwer zu variieren. Eine Theorie, deren Details ohne Schaden ausgetauscht werden könnten, erklärt nichts; eine gute Erklärung hat Teile, die durch die Arbeit, die sie leisten, streng eingeschränkt sind.

Konstruktormethode

Seit 2012 entwickelt Deutsch gemeinsam mit Chiara Marletto die Konstruktormethode (Constructor Theory) – den Versuch, das Quanten computing in einen Rahmen zu verallgemeinern, der alle physikalischen Prozesse abdeckt. Anstatt zu beschreiben, was bei gegebenen Anfangsbedingungen und Bewegungsgleichungen geschieht, schlägt die Konstruktormethode vor festzustellen, welche physikalischen Transformationen möglich und welche unmöglich sind und warum. Dies ist ein Versuch, die Grundlagen der Physik auf ein anderes Fundament zu stellen. Ob dies gelingt, ist völlig offen.

Warum David ein Genie genannt wird

Deutschs herausragendes Merkmal ist seine Weigerung, irgendeine Theorie als bloßes Rechengerät zu behandeln. Als die Quantenmechanik besagte, dass es viele Welten gibt, taten die meisten Physiker dies als interpretatorische Kuriosität ab; Deutsch nahm es buchstäblich für wahr und fragte, wie eine Maschine aussehen würde, die dies ausnutzt. Der universelle Quantencomputer ging aus diesem Literalismus hervor. Derselbe Ansatz zieht sich durch sein gesamtes Werk: Turings Prinzip als Physik statt als Logik zu behandeln und Erklärung statt Vorhersage als den Zweck der Wissenschaft anzusehen.

Die Anerkennung ist beträchtlich: der IOP Dirac-Preis im Jahr 1998, die Aufnahme als Fellow der Royal Society im Jahr 2008, die ICTP Dirac-Medaille im Jahr 2017, die Isaac-Newton-Medaille im Jahr 2021 und der Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2023. „Vater des Quantencomputing“ ist eine weit verbreitete Beschreibung, keine Werbeaussage.

Die Gegenargumente sind real. Deutschs grundlegende Überzeugungen bleiben Minderheitenpositionen – die Viele-Welten-Interpretation ist eine Deutung unter mehreren, und die Konstruktormethode muss noch Ergebnisse hervorbringen, die die Aufmerksamkeit des Fachgebiets auf sich ziehen. Er ist ein Theoretiker dessen, was im Prinzip möglich ist, und die enorme praktische Arbeit beim Bau von Quantencomputern wurde von anderen geleistet, die an Hardware arbeiteten, die er nicht entworfen hat. Seine Bücher sind eher argumentative Werke als Belege, und ihre Tragweite lädt zu dem Vorwurf ein, sie erklärten alles und schränkten daher nichts ein. Es ist auch fair anzumerken, dass Everett die Viele-Welten-Theorie vorschlug, Popper die Epistemologie, Turing die Berechenbarkeit, Dawkins den evolutionären Rahmen – Deutschs Synthese ist wahrhaft originell, aber die Stränge sind geborgt. Sein Genie liegt darin zu erkennen, was daraus folgt, bestehende Theorien beim Wort zu nehmen, was eine seltenere Fähigkeit ist, als es klingt, und eine engere, als der Ehrentitel vermuten lässt.

Vermächtnis

Deutsch arbeitet am Centre for Quantum Computation in Oxford, und das von ihm auf dem Papier begründete Fachgebiet hat sich zu einem globalen Forschungsunternehmen mit Milliarden von Dollar im Rücken entwickelt. Was auch immer aus der Konstruktormethode oder der Viele-Welten-Interpretation wird: Die Arbeit von 1985 Bestand hat – sie identifizierte eine Form der Berechnung, die sich niemand vorgestellt hatte, bewies, dass sie in der Physik selbst angelegt war, und wartete darauf, dass die Ingenieure aufschließen. Sie holen immer noch auf.