Revolution oder Hype? Die Realität hinter Quantencomputern

Mit technologischen Fortschritten wurden jüngst weitere Meilensteine erzielt. Neue Innovation, zu denen die Quantentechnologie zählt, sorgen für Schlagzeilen. Richard Küng, Professor an der Johannes-Kepler-Universität Linz (JKU) und Leiter der Abteilung Quantum Information and Computation, erläutert im Gespräch mit dem Börsianer Perspektiven mögliche Zukunftschancen und zeigt auch die Grenzen einer neuen, vielversprechenden Technologie auf.

Herr Küng, Quantencomputing weckt längst große Hoffnungen. Was ist das Besondere an dieser neuen Technologie? – Richard Küng: Es handelt sich um neuartige Computer, deren Bausteine – sogenannte Qubits – auf atomarer Ebene hergestellt werden und zugleich die kleinstmögliche Einheit darstellen. Das heißt auch: Quantencomputer können mit weniger Bausteinen als herkömmliche Computer größere Rechenaufgaben bewältigen. So kann ein Quantencomputer etwa Wochen anstelle von Jahren für einen Prozess benötigen, je nach Umfang der Algorithmen, und ermöglicht eine große Zeitersparnis. Grundsätzlich wächst die Komplexität vieler Rechenaufgaben. Damit wird es immer schwieriger, herkömmlichen Computern ausreichend Rechenleistungen zur Verfügung zu stellen, da weitere Datenzentren nicht rasch genug ausgebaut werden können.

Wie weit sind die technologischen Fortschritte mittlerweile? – Es gibt derzeit mindestens vier vielversprechende Technologien für den Bau von Quantencomputern, wobei längst nicht nur die Wissenschaft, sondern auch die Wirtschaft zu den Entwicklungen beiträgt. Eine der Technologien setzt auf den Einsatz sogenannter Supraleitungen, die Strom in einem stark gekühlten Umfeld verlustfrei leiten können. So können Quantenoperationen ex­trem rasch durchgeführt werden. Solche Quantencomputer entwickeln unter anderem die Alphabet-Tochter Google sowie IBM. Selbst heimische Unternehmen wie das Tiroler Start-up Alpine Quantum Technologies arbeiten im Übrigen ebenfalls an dem Bau von Quantencomputern, aber mit anderer Hardware.

Können Sie die Entwicklungen näher erläutern? – 2019 gab Google einen Durchbruch mit seinem Quantenprozessor Sycamore bekannt. Dieser löste eine Rechenaufgabe in rund 200 Sekunden, für die der damals leistungsstärkste Supercomputer gut 10.000 Jahre benötigt hätte. Allerdings bietet Google keinen externen Zugang an, sondern verwendet die Technologie für eigene Innovationen und teilt sie mit ausgewählten Partnern aus der Wissenschaft, so auch mit mir. Ich kann so neue Algorithmen berechnen lassen. IBM bietet hingegen einen externen Zugang zu seiner Quantentechnologie für private Nutzer mittels seiner Cloud an.

Welche Wirtschaftssektoren könnten insbesondere von den Entwicklungen profitieren? – Denken Sie beispielsweise an die Logistikbranche. Aufgrund der Globalisierung werden die Berechnungen der effizientesten Routen zunehmend komplexer. Hierzu fallen umfangreiche Rechenaufgaben an, für die ein Quantencomputer neue Lösungsansätze erarbeiten könnte. Diese werden dabei gerade erforscht.

Wo könnte der Einsatz weiters gefragt sein? – Auch im Gesundheitssektor ist der Einsatz denkbar. Nach wie vor können etwa chemische Reaktionen nicht synthetisch nachgemacht werden, wodurch es für die Entwicklung neuer Medikamente immer noch eine große Anzahl an Versuchen braucht. Gut möglich, dass Quantencomputer so weit programmierbar werden, dass sie solche Reaktionen simulieren können. Damit würde die Medikamentenentwicklung revolutioniert werden. Solch ein Ansatz auf Quantenbasis kann etwa auch für die Entwicklung neuer Materialien angewendet werden.

Derzeit werden große Hoffnungen in KI gesetzt. Wird KI aufgrund Quantencomputern womöglich obsolet werden? – KI ist eine Technologie, bei der große Mengen Daten gesammelt und analysiert werden. Danach wird eine Maschine trainiert, die den Datensätzen zugrunde liegenden Zusammenhänge selbst zu erlernen. Dieser künstliche Lernprozess ist extrem ressourcenintensiv, weshalb aktuell zahlreiche KI-Rechenzen­tren gebaut werden. Quantencomputing setzt hingegen auf eine neue Hardware für sehr komplexe Rechenaufgaben. Sie baut nicht auf bestehende Technologien auf und soll diese auch nicht ersetzen. Für die meisten Rechenleistungen reichen herkömmliche Geräte, etwa Laptops und Smartphones, aus. Es geht, grob gesagt, um jene rund fünf Prozent der Prozesse, die aufgrund ihrer enormen Größe und Komplexität außerhalb unserer konventionellen Rechenmöglichkeiten liegen. Da könnten Quantencomputer einen Unterschied machen.

Sprechen wir letztlich von zwei separaten Welten? – Nicht unbedingt, eine Symbiose ist durchaus denkbar. KI kann etwa dazu eingesetzt werden, um die Hardware von Quantencomputern zu verbessern. So könnten Fehler in Echtzeit erkannt und korrigiert werden. Quantencomputer könnten wiederum neue, schnellere Methoden zum Trainieren der KI bieten und so Ressourcen sparen.

Und wo sehen Sie Gefahren beim Einsatz der Quantentechnologie? – Theoretisch können Quantencomputer aufgrund ihrer hohen Rechenleistung selbst sehr gut verschlüsselte Passwörter knacken. Noch mangelt es an der notwendigen Hardware, um solche komplexeren Quantenalgorithmen fehlerfrei durchführen zu können.