Quantum Computing
Quantum Computing ist eine Rechentechnik, die statt der üblichen Nullen und Einsen Zustände nutzt, die beides gleichzeitig sein können. Dadurch lassen sich bestimmte Aufgaben theoretisch enorm viel schneller lösen als mit heutigen Computern — bisher aber nur wenige, und nur unter extremen Bedingungen.
Jeder normale Computer rechnet mit Schaltern, die entweder aus oder an sind. Man schreibt das als Null oder Eins, und alles andere — Text, Bilder, Videos — baut darauf auf. Ein Quantencomputer benutzt stattdessen winzige Teilchen, etwa einzelne Atome oder Lichtteilchen. Solche Teilchen können sich in einem Zwischenzustand befinden, der Null und Eins zugleich enthält. Erst wenn man nachmisst, entscheidet sich, was herauskommt. Genau dieses seltsame Verhalten der Natur will man ausnutzen, um bestimmte Rechenaufgaben schneller zu lösen.
Was ein Quantencomputer knacken könnte
Es gibt Aufgaben, an denen auch der größte heutige Supercomputer scheitert. Ein Beispiel ist das Zerlegen sehr großer Zahlen in ihre Primfaktoren. Genau diese Schwierigkeit schützt heute den Großteil der Verschlüsselung im Internet. Ein ausreichend großer Quantencomputer könnte diese Rechnung in überschaubarer Zeit erledigen. Deshalb arbeiten Kryptografen bereits an neuen Verfahren, die auch dann noch sicher wären.
Interessanter für die Wirtschaft ist ein anderer Bereich: die Simulation von Molekülen. Chemische Reaktionen folgen selbst den Gesetzen der Quantenphysik, und klassische Rechner müssen sie mühsam annähern. Ein Quantencomputer könnte sie direkter nachbilden. Mögliche Anwendungen wären neue Medikamente, bessere Batterien oder effizientere Dünger.
Wichtig ist die Abgrenzung: Ein Quantencomputer ist kein schnellerer Laptop. Für Textverarbeitung, Videospiele oder das Trainieren heutiger KI-Modelle bringt er nichts. Er ist ein Spezialwerkzeug für eine Handvoll Problemtypen. Wer von einer allgemeinen Beschleunigung aller Computer liest, ist einem verbreiteten Irrtum aufgesessen.
Qubits, Überlagerung und das Problem mit der Störanfälligkeit
Die Recheneinheit heißt Qubit, kurz für Quantenbit. Ein Qubit kann Null und Eins gleichzeitig darstellen, das nennt man Überlagerung. Mehrere Qubits lassen sich außerdem verschränken: Sie verhalten sich dann wie ein einziges System, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Mit 300 verschränkten Qubits ließen sich rechnerisch mehr Zustände gleichzeitig abbilden, als es Atome im sichtbaren Universum gibt.
Ein Vergleich hilft: Ein klassischer Computer probiert in einem Labyrinth einen Weg nach dem anderen aus. Ein Quantencomputer legt sich gewissermaßen über alle Wege gleichzeitig. Der Trick besteht darin, die Rechnung so zu bauen, dass sich falsche Wege gegenseitig auslöschen und der richtige übrig bleibt. Diese Kunst nennt man Quantenalgorithmus, und bisher kennt man nur wenige davon.
Der Haken ist die Empfindlichkeit. Schon minimale Wärme, Erschütterung oder Strahlung zerstört den Quantenzustand. Deshalb laufen viele Systeme bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, also unter minus 273 Grad Celsius. Trotzdem machen die Maschinen ständig Fehler. Man braucht daher Fehlerkorrektur, bei der viele physische Qubits zu einem einzigen zuverlässigen logischen Qubit zusammengeschaltet werden — je nach Verfahren tausend und mehr.
Vom Labor in die Schlagzeilen
Kaufen kann man einen Quantencomputer praktisch nicht. Google, IBM, Microsoft und einige Start-ups betreiben ihre Geräte in Laboren und vermieten Rechenzeit über das Internet. Wer will, kann darüber kleine Programme ausprobieren, oft sogar kostenlos. Produktiv genutzt wird das bisher fast nur in der Forschung.
In den Nachrichten taucht der Begriff meist in zwei Zusammenhängen auf. Zum einen bei Rekordmeldungen: neue Chips mit mehr Qubits oder besserer Fehlerkorrektur. Zum anderen bei Aktienkursen, denn börsennotierte Quantenfirmen reagieren stark auf solche Ankündigungen. Vorsicht ist geboten, wenn nur die Zahl der Qubits genannt wird. Ohne Angaben zur Fehlerrate sagt sie wenig über die tatsächliche Leistung.
Ein häufiges Reizwort ist Quantenüberlegenheit. Damit ist gemeint, dass eine Quantenmaschine eine Aufgabe schneller löst als jeder klassische Rechner. Solche Demonstrationen gab es bereits, allerdings mit künstlichen Aufgaben ohne praktischen Nutzen. Bis nützliche Anwendungen im Alltag ankommen, rechnen die meisten Fachleute mit einem Zeitraum von zehn Jahren oder mehr.