Gegen sie sieht jeder herkömmliche Rechner alt aus: Quantencomputer sind Millionen Mal schneller und ihre Leistungsfähigkeit steigt mit zunehmender Größe exponentiell an. Dennoch ist Quantencomputing (QC) für die allermeisten ein Buch mit sieben Siegeln. Fast die Hälfte der Deutschen (44 Prozent) hat laut einer Bitkom-Umfrage von 2022 noch nie davon gehört, gerade einmal jeder Achte (12 Prozent) kann erklären, worum es dabei geht. Eigentlich kein Wunder, denn das Thema ist halt: kompliziert. Aber trotzdem ein Umstand, den es dringend zu ändern gilt, denn Quantencomputing hat das Potenzial, als Gamechanger die IT-Welt und das Alltagsleben von Grund auf umzukrempeln: „Quantentechnologien sind der nächste bedeutsame technologische Schritt, vergleichbar mit der Einführung von Computern in der Industrie“, sagt zum Beispiel der Bitkom.
Was ist Quantencomputing?
Die Zukunftstechnologie basiert auf den Gesetzen der Quantenmechanik und kann deshalb Probleme lösen, die für klassische Computer viel zu komplex sind. Geht es bei Rechenaufgaben etwa um extrem hohe Komplexität, also z. B. die Modellierung von Kombinationen im Billionen- oder Billiardenbereich, kommen herkömmliche Computer bzw. Supercomputer irgendwann an ihre Grenzen. Quantencomputer hingegen arbeiten nicht mehr auf Basis binärer Rechenverfahren, also mit Bits, die entweder 0 oder 1 sein können. Sondern mit Quanten-Bits, sogenannten Qubits, die sowohl 0 als auch 1 sein können – und unendlich viele Möglichkeiten dazwischen, sogar gleichzeitig. Die Qubits können sich in Überlichtgeschwindigkeit „verbinden“, diesen Effekt nennt man Quantenverschränkung. Quantenalgorithmen nutzen diese Verbindungen, um komplexe Probleme zu bearbeiten – und zwar unglaublich schnell und effizient. So hat z. B. Google jüngst vermeldet, sein 70-Qubit-Quantencomputer Sycamore könne eine äußerst komplizierte Rechenaufgabe, für die der aktuell schnellste Supercomputer der Welt 47 Jahre braucht, in sechs Sekunden lösen.
Der IT-Riese IBM, neben Google einer der fünf wichtigsten Schlüsselakteure im Quantencomputing weltweit, hat das Prinzip der Quantenverschränkung sehr anschaulich anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem es um das Durchsuchen einer großen Datenbank mit Proteinsequenzen nach einem bestimmten Muster geht – bzw. um die Vorhersage des Verhaltens von Proteinen in Form bestimmter „Faltungen“ der chemischen Kette. Ein klassischer Computer würde versuchen, jede einzelne Möglichkeit einer solchen Faltung durchzurechnen und sich anhand von Billionen Variationen irgendwann mangels Arbeitsspeicherkapazität „aufhängen“. „Quantenalgorithmen nutzen einen völlig neuen Ansatz, um diese Arten von komplexen Problemen zu lösen. Dabei werden mehrdimensionale Räume erschaffen, in denen die Muster erkennbar werden, mit denen einzelne Datenpunkte verknüpft sind. Im Beispiel mit dem Problem der Proteinfaltung kann es sich bei diesem Muster um die Kombination der Faltungen handeln, für deren Erzeugung am wenigsten Energie erforderlich ist. Diese Kombination der Faltungen ist die Lösung des Problems“, so IBM.
Wo kann Quantencomputing eingesetzt werden?
Die Faltung von Proteinen ist ein wichtiges Thema in Biologie und Medizin und verspricht große Fortschritte bei der Heilung von Krankheiten. Und sie ist nur ein Beispiel von vielen – die potenziellen Einsatzfelder von QC sind äußerst vielfältig, z. B.:
- Planung und Optimierung von Logistik- und Verkehrsnetzen bzw. ganzer Lieferketten
- effizientere Produktionsprozesse
- Strategieentwicklung gegen Seuchen und Pandemien
- Verschlüsselung und Entschlüsselung von Daten
- Voraussage von Finanzkrisen und Erkennung von Betrugsversuchen
- Berechnung von Klimamodellen
Noch sind die praktischen Anwendungsmöglichkeiten begrenzt bzw. können leistungsstarke Quantencomputer mit vielen Qubits nur mit hohem technischem Aufwand hergestellt und betrieben werden. Doch etliche Unternehmen, Start-ups und Institute, darunter auch zahlreiche deutsche, treiben das Thema aktiv voran. Damit das so bleibt, investiert die Bundesregierung bis 2025 zwei Milliarden Euro in den Bereich. Zudem hat ein hochbesetzter deutscher Expertenrat aus Forschung und Industrie in einer eigens aufgestellten Roadmap den „schnellstmöglichen Aufbau und Betrieb von wettbewerbsfähigen Quantencomputer-Systemen“ in Deutschland gefordert. Dreizehn der wichtigsten deutschen Unternehmen, von BASF bis Volkswagen, haben sich obendrein im „Quantum Technology and Application Consortium“ (QUTAC) zusammengetan, um QC auf den Weg „in die Praxis und in eine wirtschaftlich erfolgreiche Anwendbarkeit“ zu bringen.
Die Zukunft ist in Arbeit – und braucht Quanten-Know-how
In all den oben genannten Wirtschaftsbereichen erwarten Experten kommerzielles Potenzial, aber es bedarf noch einiger weiterer Schritte, um Quantencomputing für die deutsche Wirtschaft nutzbar zu machen. Was dabei im Fokus stehen sollte, hat der Bitkom in einem kürzlich erschienenen Positionspapier festgehalten. Unter anderem geht es darum, zusätzliche „europäische und deutsche führende Technologieanbieter entlang der Wertschöpfungskette zu etablieren“ und das potenziell breite Anwenderspektrum unter den Unternehmen besser abzuholen. Unter anderen durch einen „niederschwelligen und standardisierten Zugang zu verfügbaren Anwendungen und Lösungsangeboten, Beratungsleistungen sowie modulare Aus- und Weiterbildungsprogramme“.
Gerade die schulische und akademische Ausbildung ist auch für den Bitkom ein zentraler Punkt, denn man braucht passende Spezialisten, die Quantencomputer entwickeln, bedienen und programmieren können – z. B. Berater, Administratoren sowie Hard- und Softwareentwickler. Sich als IT-Fachkraft in diese Richtung zu spezialisieren, ist zweifelsohne aussichtsreich. Wer einmal reinschnuppern möchte in die Welt des Quantencomputings, kann dies z. B. mit einem Selbstlernkurs des Fraunhofer-Instituts tun.
GECO hat IT-Fachkräfte mit QC-Affinität
Noch sind Fachkräfte mit hoch speziellen QC-Kenntnissen rar. Doch um den Expertenmix in Ihrem Unternehmen bereits jetzt in Richtung dieser Zukunftstechnologie weiterzuentwickeln, finden Sie bei Ihrem IT-Personaldienstleister z. B. Programmierer oder Informatiker mit starken mathematischen Skills und Kenntnissen in Quantitativer Physik. Sprechen Sie uns an, wir beraten Sie gerne!