Die Zukunft der Quantencomputer

Kommen bei herkömmlichen Computern Bits als kleinste elektronische Speichereinheit zum Einsatz, rechnen Quantencomputer mit Quantenbits – kurz Qubits. Diese sprengen den gebräuchlichen Binärcode aus Nullen und Einsen, weil sie beliebig viele Überlagerungszustände einnehmen können. Anders gesagt: Sie nehmen jeweils mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit den Zustand Null oder Eins an. Dieser „Superposition“ genannte Zustand ist mit nichts aus unserer alltäglichen Welt vergleichbar, lässt sich aber anhand eines Bildes einfach erklären: Man kann sich ein Qubit wie eine Kugel vorstellen, an deren Nordpol die Eins und an deren Südpol die Null steht. Während ein Bit in einem klassischen Computer entweder im Zustand Null oder Eins ist, kann das Qubit alle Zwischenzustände, die sich auf der Kugeloberfläche befinden, annehmen.

Durch diese Superposition können Qubits parallele Rechenoperationen ausführen. „Das bedeutet, dass wir Rechenaufgaben erledigen können, die selbst für die besten Computer von heute unerreichbar sind. Wir können Berechnungen dadurch schneller durchführen und große Datenmengen rascher durchsuchen“, sagt Ghose. Eine künstliche Intelligenz, die riesige Datenmengen auswerten soll, könnte davon ebenso profitieren wie die Materialien- und Medikamentenforschung. „Zukünftige Quantensimulationen, die im großen Stil durchgeführt werden, könnten vielleicht zu Behandlungen von Krankheiten wie Alzheimer führen“, meint Ghose. Dafür müssen Atomstrukturen exakt analysiert werden – was selbst für Großrechner, wie sie derzeit von Wissenschaftlern verwendet werden, schwierig ist.

Darüber hinaus können Quantencomputer auch die Kommunikation sicherer machen, indem sie Informationen teleportieren. Wieder ein Begriff, den man mit SciFi-Blockbustern assoziiert. Doch in der Quantenmechanik steckt das Phänomen der „Verschränkung“ dahinter: Dabei sind zwei Qubits so miteinander verknüpft, dass eine Veränderung an dem einen auch eine Veränderung an seinem Partner-Qubit bewirkt. Dies geschieht ohne zeitliche Verzögerung, über jede Distanz hinweg und natürlich ohne jede physische Verbindung wie Kabel oder Funkwellen.
Auf dieser Grundlage könnten Codeschlüssel für die Datenübertragung erstellt werden. Der Clou: Bei jedem unerlaubten Eingriff – zum Beispiel einem Hacker-Angriff – ändert sich der Quantenzustand des Qubits. Die Kommunikationspartner würden dies als Störung in ihrer Kommunikation wahrnehmen, wären somit gewarnt und könnten einen neuen Schlüssel verwenden. „Die Quantentechnologie ist der einzige Weg, um das Internet und die Kommunikation im Internet der Dinge wirklich sicher zu machen“, sagt Ghose, die mit ihrem Team an solchen Verschlüsselungsprotokollen arbeitet.

Die immense Leistungsfähigkeit von Quantencomputern wirft allerdings auch ethische Fragen auf. Zum einen verbrauchen sie derzeit sehr viel Strom, weil ihre Chips in sogenannten Verdünnungskühlschränken aufwändig mit flüssigem Helium auf -273,13° Celsius heruntergekühlt werden müssen. Zum anderen besteht die Gefahr, dass die Technologie in falsche Hände gerät: Sollte es Kriminellen gelingen, einen Quantencomputer zu bauen, könnten sie diesen für Hackerangriffe nutzen. Sie wären dann in der Lage, sämtliche Daten zu knacken, die auf der Basis von herkömmlichen Rechnern verschlüsselt sind. Ghose plädiert deshalb für eine gesellschaftliche Diskussion über Quantencomputer: „Ich hoffe, dass wir diese Technologie nicht erst regulieren und kontrollieren, wenn sie bereits im Einsatz ist.“ Dann, so ist sie überzeugt, kann es gelingen das riesige Potential der Quanten-Revolution in die richtigen Bahnen zu lenken.