Technologie mit Ecken und Quanten

Neben künstlicher Intelligenz gehört Quantum Computing zu den größten IT-Trends unserer Zeit. Zurecht? Wir werfen einen Blick auf den heutigen Stand von Forschung und Praxis.

Dieser Artikel ist Teil 1 der dreiteiligen Serie „Quantensprünge“.

Wer an einen Quantensprung denkt, der hat eine bahnbrechende Entwicklung vor Augen. Eine geradezu riesige Innovation, die alles bisher Dagewesene in den Schatten stellt. Doch im physikalischen Sinne ist ein Quantensprung das komplette Gegenteil davon: nämlich der Übergang von einem Quantenzustand in einen anderen – und der spielt sich auf atomarem Level ab. Ähnlich irreführend ist die Berichterstattung zu Quantum Computing. Denn das ist (zumindest noch) weit davon entfernt, die Welt zu verändern. Wie sieht der Status quo der Forschung genau aus?

Was ist Quantum Computing?

Anders als digitale Rechner arbeiten Quantencomputer nach den Gesetzen der Quantenphysik. Während ein klassisches Bit nur die zwei Zustände 0 und 1 kennt, kann sich ein Quantenbit in einer Überlagerung befinden, die beide Zustände gleichzeitig enthält. Zudem lassen sie sich mittels Quantenverschränkung miteinander verbinden. Theoretisch lässt sich so eine extreme Parallelisierung erreichen, die für klassische Computer unmöglich ist.

Mehr zum Thema im Beitrag „Ein Quantum tost“.

Das Who is Who der Tech-Branche ist dabei

Erst im Januar 2019 hatte IBM den nach eigenen Angaben „ersten universellen, integrierten Quantencomputer für die kommerzielle Nutzung“ vorgestellt. Die medienwirksame Inszenierung des Q System One hat IBM in der Wahrnehmung der Öffentlichkeit zu einem Vorreiter des Quantum Computing werden lassen. Das ist zwar nicht falsch, aber nur die halbe Wahrheit. Längst arbeiten neben spezialisierten Start-ups wie Rigetti und D-Wave einige der wichtigsten Tech-Konzerne weltweit an entsprechenden Systemen.

Eine Art Wettrüsten hat begonnen: So, wie sich Intel und AMD im x86er-Zeitalter mit Megahertz-Rekorden bekämpften, steht heute die Anzahl der Quantenbits im Mittelpunkt. Die Qubits sind das quantenmechanische Pendant zu klassischen Bits.

Stabilität ist das wichtigste Kriterium

Für Hans-Martin Pastuszka sind diese Zahlen nicht mehr als Blendwerk. „Viel wichtiger ist die Qualität der Qubits, also wie lange sie ihren Quantenzustand behalten“, sagt der Geschäftsfeldleiter Wehrtechnische Zukunftsanalyse beim Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT. Der Grund: Qubits sind extrem störungsanfällig.

Quantumcomputer: Ein (unvollständiger) Überblick

  • Google Bristlecone: 72 Qubits
  • Intel Tangle Lake: 49 Qubits
  • IBM Q System One: 20 Qubits
  • Rigetti 19Q: 19 Qubits
  • Alibaba Aliyun Platform: 11 Qubits

Außer Konkurrenz: Der D-Wave 2000Q (2.048 Qubits) verwendet ein Architekturprinzip (Quantum Annealing), das nicht in die allgemeine Definition von Quantum Computing fällt.

Für einen Quantencomputer ist deshalb eine völlig neue Art von Fehlerkorrektur erforderlich – die es bislang schlicht noch nicht gibt. „Möglicherweise muss aufgrund der Fehlerkorrektur ein logisches Qubit durch ca. 1.000 physikalische Qubits dargestellt werden“, schätzt Pastuszka im Interview mit LEVEL UP+. Viel zu viel für die bisherigen Systeme.

© Fraunhofer INT

„Für komplexere Anwendungen brauchen wir aufgrund der erforderlichen Fehlerkorrektur voraussichtlich Geräte mit Millionen von Qubits.“

Hans-Martin Pastuszka, Geschäftsfeldleiter Wehrtechnische Zukunftsanalyse, Fraunhofer INT

Goldgräber im Quantenraum

Dennoch erkennt der Experte spätestens seit dem Eintreten von Google in den Markt eine Goldgräberstimmung. Nachdem der Quantencomputer lange Jahre ein rein wissenschaftlicher Forschungsgegenstand blieb, mehren sich die Fortschritte nun, da finanziell bestens ausgestattete Unternehmen beteiligt sind.

Noch befinden sich Wirtschaft und Forschung in einem experimentellen Stadium. Man sammelt Erfahrungen, testet Technologien und erwägt Einsatzszenarien. Volkswagen beispielsweise entwickelt mit einem System von D-Wave Modelle zur Simulation von Materialeigenschaften und zur Vorhersage von Staus. Die Europäische Kommission hat zur Erforschung von Quantentechnologien im Oktober 2018 das Projekt Quantum Flagship ins Leben gerufen, mit einer Anschubfinanzierung von einer Milliarde Euro. Und auch die Universität der Bundeswehr in München befasst sich derzeit mit dem Aufbau eines Hubs für Quantentechnologie.

Technologie sucht Anwendungsfall

Ob nun die Unternehmen mit ihrem wirtschaftlichen Interesse oder die Wissenschaft mit Entdeckerdrang und Forschergeist – zunächst einmal wollen alle das Gleiche: „Quantum Supremacy“. Ziel ist die erfolgreiche Lösung eines Problems mithilfe eines Quantencomputers, das kein klassischer Computer lösen kann. Wann wird dieser entscheidende Meilenstein kommen? Schwer zu sagen.

„Bis Quantencomputer generell komplexe Aufgaben lösen können, dauert es wohl noch etwa zehn Jahre“, so die Einschätzung von Pastuszka. „Allerdings haben das Experten vor zehn Jahren auch schon gesagt.“

Schon jetzt lassen sich aber Anwendungsgebiete absehen, in denen Quantum Computing seine Stärken künftig ausspielen dürfte. Mehr darüber lesen Sie demnächst auf LEVEL UP+.

Quantensprünge – die Reihe im Überblick

Folgen Sie uns auf Facebook und​ Twitter und​ Sie bleiben immer up to date über die wichtigsten Entwicklungen im E-Government und der IT des Bundes.

Titelbild: © metamorworks/iStock

Das könnte Sie auch interessieren: