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Das können die Quantencomputer © Samuel Babinet/Arthur D. Little
© Samuel Babinet/Arthur D. Little

Redaktion 09.09.2022

Das können die Quantencomputer

Werden die Wunder-Computer der Zukunft wirklich halten, was wir uns von ihnen versprechen?

••• Von Bela Virag unter Mit­arbeit von Lucas Könnecke

WIEN. Die wachsende Aufmerksamkeit für Quantencomputer hat große Erwartungen an deren technische Fähigkeiten sowie Einsatzmöglichkeiten geschürt. Dabei umgibt Quantencomputer ein Mysterium, was mit ihrem Einsatz möglich sein wird. Die Arbeitsweise und damit die Einsatzmöglichkeiten von Quantencomputern lässt sich in keiner Weise mit herkömmlichen Computern vergleichen. Quantencomputer sind nur bei speziellen Aufgaben signifikant leistungsfähiger, nicht bei allen. Bei besonderen Tasks, so ist die gängige Meinung, werden sie vormals unlösbare Probleme höchst effizient lösen können.

Quantencomputer sind überall dort überlegen, wo Aufgaben eine exponentiell steigende Komplexität darstellen. Das sind etwa Aufgabenstellungen, die einer Vielzahl von sich gegenseitig beeinflussenden Fakten unterliegen, die alle gleichzeitig berücksichtigt werden müssen. Beispiele dafür sind Entschlüsselung (wie zurzeit häufig genutzte Verschlüsselungsalgorithmen), die Simulation von Gasen, Flüssigkeiten, von molekularen, biochemischen Prozessen und Eigenschaften, die Wegeoptimierungen (das „Travelling-Salesman”-Problem), die Bild- und Video-Erkennung samt ihrer Interpretation, die Frequenz-Demodulierung und viele mehr.

Die Risiken

Das wohl größte Risiko ist die Bedrohung der heute genutzten Verschlüsselungstechniken, die ein Quantencomputer ausreichender Größe mit Leichtigkeit knacken kann. Im Prinzip gilt: Jegliche verschlüsselte Kommunikation und auch ein verschlüsselter, historischer Datenbestand sind vulnerabel. Dabei geht es nicht nur um aktuelle Kommunikation, sondern um bereits abgegriffene, gespeicherte Kommunikation, die darauf wartet, entschlüsselt zu werden. Sämtliche bisher genutzte Zertifikate verlieren ihre Wirksamkeit, und der Schutz vor Zugriff auf private wie auch unternehmerische Daten ist zumindest gefährdet.

Die Chancen

Quantencomputer können zahlreiche zuvor unlösbare, elementare Probleme lösen, wie auch zahlreiche Prozesse signifikant optimieren:
• Systemoptimierungen: Die Optimierung komplexer Prozesse mit vielen voneinander abhängigen Variablen. Beispiele sind die Wege-Planungen mit mehreren Wegepunkten, die Verkehrsoptimierung vieler Einzelteilnehmer mit unterschiedlichen Zielen, die Verarbeitungsoptimierung bei Herstellungsprozessen, die Maschinen-Nutzungs- oder Leistungsoptimierung und viele mehr.
• Simulationen: Die Berechnung von theoretisch verstandenen Systemen, die bisher aufgrund der rechnerischen Komplexität nicht lösbar waren. Beispiele sind die Protein-Faltungen, Wettersimulationen und Flüssigkeits- oder Gassimulationen.
• Signalverarbeitung: Die Interpretation oder Erzeugung von Signalen, wie z.B. Radiowellen (wie für Handynetze), die Bild­erkennung und -Erzeugung, Videointerpretation, etc.

Die heute verfügbaren Quantencomputer schwächeln an einer zu hohen Fehlerrate: Qubits sind extrem instabil und fehleranfällig. Aufgrund der rasant steigenden Investitionen in die Technologie – mittlerweile sind es 25 Mrd. US-Dollar – schlussfolgern optimistische Prognosen, dass 2023 die ersten fehlertoleranten Quantencomputer mit 1.000 Qubits verfügbar sein werden, im Jahr 2030 soll die erste 1.000.000 Qubit-Maschine folgen. Konservative Einschätzungen gehen erst von einem Einsatz ab 2030 und 2040 aus.
Es darf also nicht abgewartet werden. In Vorbereitung auf die Verfügbarkeit von Quantencomputern ist eine Risikoanalyse und die Umsetzung von Mitigations-Maßnahmen erforderlich. Besser wäre es jedoch, die Nutzungsaspekte im eigenen Unternehmen zu identifizieren und zu erörtern: Worin bestehen die Herausforderungen, die aufgrund ihrer Komplexität für herkömmliche Computer unlösbar sind? Deren Überwindung würde einen disruptiven Wettbewerbsvorteil bedeuten.

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