DIGITALISIERUNG : Revolution in der Informationsverarbeitung

Intel arbeitet daran, IBM auch und Google sowieso. Selbst die EU-Kommission hat unlängst ein sogenanntes Flaggschiff-Projekt mit einer Milliarde Euro bewilligt. Das Ziel dieser Bemühungen stellt nichts Geringeres dar als eine Revolution in der Informationsverarbeitung: die Entwicklung eines leistungsfähigen Quantencomputers.

Deutlich leistungsfähiger als heutige klassische Supercomputer soll er sein. Statt mit Bits, den kleinsten Speichereinheiten klassischer Computer, arbeitet der Quantencomputer mit sogenannten Qubits, die sich nicht nur in einem Zustand - Null oder Eins - befinden können, sondern in beliebig vielen Zwischenständen, und daher deutlich komplexere Rechnungen vornehmen können.

Über den derzeitigen Stand bei der Entwicklung von Quantencomputern diskutierte der Ausschuss Digitale Agenda mit sieben Experten in einem öffentlichen Fachgespräch. Dabei wurde klar, dass derzeit noch nicht absehbar ist, wann es den ersten leistungsfähigen Quantencomputer geben wird. Die Experten machten zugleich deutlich, dass neben großen Möglichkeiten wie der Entwicklung neuer Stoffe und Chemikalien auch Gefahren - etwa für die IT-Sicherheit - mit dem Quantencomputer verbunden sind.

Neue Materialien Stephan Ritter vom Unternehmen Toptica Photonics sagte, die Herausforderung bestehe unter anderem darin, Atome und Ionen, die lange Zeit noch nicht einmal beobachtet werden konnten, vollständig unter Kontrolle zu bekommen, um sie als Qubits einsetzen zu können. Die möglichen Anwendungsgebiete reichten von der Entwicklung neuer Medikamente und neuer Materialien bis hin zur Steuerung des Verkehrsflusses und in den Bereich des autonomen Fahrens, sagte Ritter. Einfach ausgedrückt bestehe der Vorteil des Quantencomputers gegenüber dem klassischen Computer darin, "dass er nicht kapituliert, wenn das zu berechnende System groß wird".

Man sei derzeit in einem Stadium, "der der klassischen Computerei der 1950er Jahre ähnelt", sagte Frank Wilhelm-Mauch, Professor an der Universität des Saarlandes. Auf der experimentellen Seite gebe es eine Reihe von Hardwareplattformen. Im Augenblick seien Quantenprozessoren mit bis zu 20 Qubits - die einem Megabyte eines klassischen Computers entsprächen - über die Cloud zugänglich. Ab etwa 50 Qubits könne der Quantenvorteil erreicht werden, also der Punkt, an dem dieser Quantencomputer nicht mehr durch die größten klassischen Supercomputer simuliert werden kann, sagte Wilhelm-Mauch.

Auf die Gefährdung der IT-Sicherheit durch Quantencomputer wies Marian Margraf, Professor an der Freien Universität Berlin hin. Nahezu alle der heutzutage zur Verschlüsselung eingesetzten kryptographischen Verfahren könnten seiner Aussage nach durch Quantencomputer ausgehebelt werden. Auch wenn heute noch niemand sagen könne, wann es Quantencomputer geben wird, müsse schon jetzt damit begonnen werden, "entsprechende andere Algorithmen zu entwickeln". Margraf forderte, in die Erforschung der sogenannten quantencomputerresistenten Kryptoverfahren viel mehr Finanzmittel zu investieren.

Weichen gestellt Quantencomputer stellten die größte Revolution auf dem Gebiet der Informationsverarbeitung dar, "seitdem wir damit angefangen haben, Steinchen zu zählen", sagte Hendrik Bluhm, Professor an der Technischen Hochschule Aachen. Was die Forschung in dem Bereich angeht, so ist aus seiner Sicht in Deutschland und Europa eine sehr hohe Kompetenz vorhanden. Die Technologieentwicklung stehe aber hinter der in den USA zurück. Dennoch seien inzwischen durch verschiedene Programme auf EU-Ebene aber auch in Deutschland "die Weichen gestellt, dies zu ändern", sagte er.

Johannes Buchmann, Professor an der TU Darmstadt ging auch auf das Thema IT-Sicherheit ein. Es stimme, dass derzeitige Schutzsystem aufgebrochen werden können. Die Quantenkryptographie könne aber einen wichtigen Beitrag dazu leisten, Systeme zu entwickeln, die sehr langfristig sicher seien. Entsprechende Experimente gebe es schon, betonte er.

Einstein habe die Quantenphysik einst als gespenstisch beurteilt, sagte Winfried Hensinger, der an der Universität Sussex in Großbritannien lehrt. Mittels Quantenphysik sei nachgewiesen worden, dass ein mechanisches Objekt an zwei Orten gleichzeitig sein kann, "Mit Menschen funktioniert das noch nicht, mit Atomen aber schon", sagte er. Dies würden sich die Forscher bei der Entwicklung des Quantencomputers zu nutze machen. Das Problem dabei: "Es ist unglaublich schwierig, solche Quantenphänomene in dem Sinne zu kontrollieren, wie es gebraucht wird", sagte Hensinger.