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Artikel

Quantencomputing:
Der erste Superrechner in Deutschland

30

Sep
2019

Veröffentlicht am 30.09.2019

Foto: CC0 1.0, Pixabay User geralt | Ausschnitt angepasst
IBM und die Fraunhofer-Gesellschaft wollen ein in Deutschland angesiedeltes Forschungslabor zum Quantencomputing aufbauen. Die Bundesregierung will dafür in den nächsten zwei Jahren 650 Millionen Euro für die Erforschung von Quantencomputern aufwenden. Eine ungeahnte Rechenpower sind das erhoffte Ergebnis dieser Investition, allerdings machen ungewöhnliche Temperatur-Anforderungen die Forschung mit einem Quantencomputer alles andere als leicht.

IBM und die Fraunhofer-Gesellschaft, Europas führende anwendungsorientierte Forschungsorganisation, wollen die Forschung zum Quantencomputing mit einer neuen Partnerschaft vorantreiben. Das “Forschungslabor” dieser neuartigen, disruptiven Technologie, in Form eines Quantencomputers, soll in Deutschland angesiedelt sein. Ziel ist es, hierzulande eine Forschungsgemeinschaft rund um Fähigkeiten, Erkenntnisse und Ausbildung im Umgang mit der Technologie aufzubauen. Die Bundesregierung will dafür in den nächsten zwei Jahren 650 Millionen Euro in die Erforschung von Quantencomputern investieren. Standort des Systems soll Bayern werden.

Erste Forschungseinrichtung in ganz Europa

“Moderne Forschung und Industrie zusammenzuführen”, lautet das ambitionierte Ziel der Bundesregierung. Bereits im September vergangenen Jahres wurde bekannt, dass die Regierung 650 Millionen Euro in die Erforschung der Quantentechnologien investieren will, um Forschungsergebnisse in marktreife Anwendungen zu übertragen. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) verabschiedete Regierungsprogramm “Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt” zielt darauf ab, deutsche Unternehmen und Institute an der sogenannten “zweiten Quantenrevolution” teilhaben zu lassen und auf eine international führende Rolle vorzubereiten.

Im Rahmen dieses Programms veröffentlichte das BMBF im Juli dieses Jahres Richtlinien zu einer Fördermaßnahme mit dem Namen “Enabling Start-up – Unternehmensgründungen in den Quantentechnologien und der Photonik”. Die Förderung richtet sich insbesondere an “Verbände aus einem Start-up und einer Hochschule oder Forschungseinrichtung”, die sich mit innovativen Ideen im Bereich der Quantentechnologie und der Photonik beschäftigen.

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek, die die Kooperation der Fraunhofer-Gesellschaft mit IBM als einen wichtigen Beitrag für die Umsetzung des Programms sieht, erklärte:

“Es ist wichtig, dass wir schon heute verschiedene Anwendungsfelder des Quantencomputings erschließen, gerade auch für mittelständische Unternehmen, die für Deutschland wirtschaftlich eine hohe Bedeutung haben.”

Mit dem IBM-System und der Bildung des Kompetenzzentrums übernimmt Deutschland eine europaweite Vorreiterrolle. Mit einem physischen Quantencomputer vor Ort könnte sich Deutschland, so hoffen die Beteiligten, zu einem Standort für Grundlagenforschung im Bereich Quantentechnologie entwickeln, der speziell für ausländische Firmen und Forschungsorganisationen interessant wäre.

Quantencomputer mit ungeahnter Rechenpower

Die Forschung mit einem Quantencomputer – der Erste, der von IBM außerhalb der USA eingesetzt wird – ist kein leichtes Spiel. Denn Quanteninformatik basiert nicht auf den traditionellen mathematischen Prinzipien. Es basiert auf der Wissenschaft der Quantenmechanik, bei der die Berechnungen durch “Quantenbits” und nicht durch die einfachen Binärziffern des konventionellen Rechnens verarbeitet werden. Während die mit Binärbits verwendete Mathematik konkrete, feste Werte erzeugt, können Qubits in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren. Deshalb ist Quanten-Computing so bahnbrechend: Qubits haben keinen festen Wert, sondern existieren in einem unbestimmten Zustand.

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Bei so viel Flexibilität können sie mit einer weitaus höheren Komplexität umgehen als das bisher bekannte binäre Modell. Eine weitere Herausforderung bei der Forschung mit den Hochleistungsmaschinen sind die Arbeitsbedingungen. Denn extrem empfindliche Qubits benötigen Temperaturen nur minimal über dem absoluten Nullpunkt, der bei minus 273,15 Grad Celsius liegt. Bereits kleinste Schwankungen beziehungsweise elektromagnetische Störungen oder Erschütterungen könnten den Rechenvorgang eines Quantencomputers durcheinanderbringen.

Warum die Bundesregierung über neue Verschlüsselungsmodelle nachdenken sollte

Die Vorteile des Quantencomputers in Bezug auf die Cybersicherheit werden als hoch eingeschätzt. Da die Computer in der Lage sind, quantenbasierte Verschlüsselung zu unterstützen, wären sie mit heutigen Technologien unmöglich zu hacken. Jedoch ist die andere Seite der Medaille akuter: Quantencomputer werden das Potenzial haben, aktuelle Verschlüsselungsalgorithmen zu knacken, was ein erhebliches Risiko für die bestehende Kryptografien darstellen würde. Deshalb hat es sich das National Institute of Standards and Technology in den Vereinigten Staaten zur Aufgabe gemacht, neue quantenresistente kryptografische Algorithmen zu identifizieren und zu standardisieren.

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