Das Forschungsquartett – dieses Mal in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich

Fragiles System als Basis der Quantencomputer

Während herkömmliche Computer stur ein Bit nach dem anderen verarbeiten, verspricht die Quantenwelt eine völlig neue Art der Rechenleistung. Die Magie liegt in der sogenannten Überlagerung: Ein Quantenregister kann mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen. Das führt zu einer massiven Parallelität, bei der unzählige Rechenwege simultan ablaufen können. Doch die Hardware dahinter ist weit weniger robust als ein herkömmlicher Prozessor – sie gleicht eher einem hochsensiblen physikalischen Experiment, das durch extreme Kälte oder Vakuum vor der Außenwelt geschützt werden muss.

Ohne Nachjustieren undenkbar

Im Forschungszentrum Jülich arbeitet Prof. Frank Wilhelm-Mauch daran, diese empfindlichen Systeme stabil zu halten. Eine der größten Schwierigkeiten ist, dass Quantenrechner während des Rechenvorgangs eigentlich analoge Maschinen sind. Jede kleinste Schwankung der Temperatur führt zu Ungenauigkeiten.

»So, wie Sie ein Musikinstrument stimmen müssen, müssen Sie dann auch ihren Quantencomputer nachsteuern, weil der langsam anfängt, Fehler zu machen.«Prof. Frank Wilhelm-Mauch, Direktor des Instituts für Quantencomputeranalytik am Forschungszentrum Jülich

Diese kontinuierliche Feinjustierung ist notwendig, da die Quanteninformation extrem zerbrechlich ist und ständig droht, durch den Kontakt mit der Umgebung »klassisch« und damit unbrauchbar zu werden.

Gefahr für Verschlüsselung

Erste echte »Quantenvorteile« erwartet die Wissenschaft in der theoretischen Chemie und Materialentwicklung. Da molekulare Bindungen selbst Quanteneffekte sind, lassen sie sich auf diesen neuen Rechnern ideal simulieren. Doch die Technologie birgt auch Risiken für die Cybersicherheit. In etwa 15 Jahren könnten Quantencomputer in der Lage sein, heutige asymmetrische Verschlüsselungen zu knacken. Experten und Expertinnen arbeiten daher bereits an neuen, quantenresistenten Verfahren, um sensible Daten langfristig zu schützen.

Quantenpower auch zu Hause?

Ein Quantencomputer für das eigene Wohnzimmer bleibt jedoch vorerst Utopie. Wilhelm-Mauch sieht die Zukunft eher in der Cloud-Nutzung. Über Plattformen wie Munich-SC oder QSolid wird Rechenzeit für Industrie und Wissenschaft zugänglich gemacht. Wer heute eine überzeugende wissenschaftliche Idee hat, kann bereits Rechenzeit auf Systemen in Jülich oder München buchen.