Cool, schwarz, glänzend: So hängt der stylishe Zylinder in einem Glaskasten. Die polierte Röhre könnte in einem „James Bond“-Film mitspielen, als Supermaschine. Und genau das ist sie auch. In dem Spiegelzylinder steckt: Deutschlands erster Quantencomputer.
Quantencomputer – noch scheinen sie magisch, in einigen Jahren aber könnten diese Rechenraketen schon unser Leben und Arbeiten verändern. Komplexe Probleme, für die die schnellsten klassischen Superrechner viele Jahre brauchen, lösen Quantencomputer in wenigen Minuten oder Sekunden. Kein Wunder, dass Tech-Giganten wie IBM und Google, Forschungsinstitute und Start-ups, ja ganze Staaten sich ein Wettrennen um die neue Technologie liefern.
Quantencomputing: Deutschlands erster Rechner ging 2021 in Betrieb
Deutschland ist ganz vorn mit dabei. Zehn Konzerne wollen nun erste Erfahrungen mit dem Quantenrechner machen, darunter der Chemiekonzern BASF und das Pharmaunternehmen Boehringer Ingelheim. Sie haben sich zur Allianz „Qutac“ zusammengetan. Und setzen dabei auch auf den Zylinder im Glaskasten. Das ist ein „IBM Quantum System One“. Seit Juni 2021 betreiben ihn IBM und die Fraunhofer-Gesellschaft in Ehningen nahe Stuttgart.
Warum Quantencomputer so fix sind
Doch was ist Quantenrechnen? Und warum geht das so fix? Herkömmliche Rechner arbeiten mit Bits als kleinster Informationseinheit. Jedes Bit kann zwei Werte annehmen: „0“ oder „1“. Praktisch rechnet man mit Halbleitertransistoren, die wie Kippschalter für „Strom an“ und „aus“ funktionieren. Quantenrechner arbeiten dagegen mit sogenannten „Qubits“. Die können dank der Gesetze der Quantenphysik nicht nur die Werte „0“ und „1“ darstellen, sondern beide gleichzeitig und viele Werte dazwischen. So können Qubits auch mehrere Rechnungen parallel ausführen. Und mit jedem Qubit mehr wächst die Rechenpower exponentiell. Der Rechner in Ehningen etwa hat 27 Qubits.
Die Rechner sollen zum Beispiel Vorgänge in Zellen besser simulieren
Als Informationsträger nutzt man dabei zum Beispiel geladene Atome. Die müssen zum Rechnen fast auf den absoluten Nullpunkt (minus 273,15 Grad Celsius) gekühlt werden. Mit Mikrowellenstrahlung werden sie in verschiedene Zustände gebracht und so mit Informationen geladen.
Bei komplizierten Aufgaben sind Quantenrechner unschlagbar. Wie im Lösen von Logistikproblemen oder in der chemischen und pharmazeutischen Forschung. Etwa wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler größere Moleküle und ihr Verhalten möglichst genau verstehen wollen. Clemens Utschig-Utschig, Chief Technology Officer von Boehringer Ingelheim, sagt: „Wir hoffen, durch den Einsatz von Quantencomputing eines Tages chemische Systeme, wie gewisse Teile unserer Zellen oder unseres Stoffwechsels, besser beschreiben und simulieren zu können.“ Und BASF-Vorstandschef Martin Brudermüller prognostiziert: „Quantencomputing wird eine Kette disruptiver Innovationen anstoßen, die langfristig das Potenzial haben, unsere Industrie grundlegend zu verändern.“ Man werde in kürzerer Zeit bessere Produkte entwickeln.
Laut der Beratungsfirma Boston Consulting Group sollen Quantencomputer in 15 bis 20 Jahren global eine Wertschöpfung von einer mittleren dreistelligen Milliardensumme erreichen. Schon in fünf bis zehn Jahren könnten sie breit zur Verfügung stehen. Deshalb müssen Informatiker jetzt lernen, wie sie die neue Technologie optimal nutzen.
