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Ulf von Rauchhaupt (UvR)

Deutschlands Computer : Quantenluft nach oben

Es ist nur Gold, was da glänz: Die Montage des Stuttgarter Quantencomputers Bild: IBM

In Stuttgart steht seit dieser Woche der erste kommerzielle Quantenrechner. Doch diese besonderen Rechenmaschinen werden noch sehr lange nichts Nützliches ausrechnen können. Wozu braucht Deutschland dann einen?

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          Wozu braucht Deutschland einen Quantencomputer? Am vergangenen Dienstag wurde in Stuttgart im Beisein der Kanzlerin ein Apparat vorgestellt, auf dem Industrie und Forschungseinrichtungen künftig sogenannte Qubits manipulieren können – physikalische Entitäten, die nicht nur Nullen und Einsen repräsentieren können wie die Bits der herkömmlichen Informatik, sondern auch potentiell alles Mögliche dazwischen. Wie man erst seit 1993 weiß, ist es damit im Prinzip möglich, Rechenaufgaben zu lösen, die heute auch den größten Supercomputern zu schwer sind. Denn mit jedem zusätzlichen Qubit verdoppelt sich die theoretisch mögliche Rechenleistung.

          Das beflügelt natürlich nicht zuletzt die Phantasie der Verantwortlichen in Politik und im Forschungsmanagement. Prompt ist viel vom wirtschaftsstandortsichernden Segen dieser Technik die Rede, von neuen pharmazeutischen Wirkstoffen oder neue Materialien zur simultanen Rettung von Klima und Wohlstand.

          Eine Million Qubits wären gut

          Man bleibe auf dem Teppich. Der Stuttgarter Quantenrechner kann 27 Qubit verarbeiten – gewiss ein enormer Fortschritt gegenüber dem, was noch vor wenigen Jahren möglich war. Doch Qubits ungestört zu halten ist enorm schwierig. Für echte Rechnungen bedarf es daher zusätzlicher physikalischer Qubits zur Fehlerkorrektur – und zwar sehr vieler: Um etwas Nützliches zu berechnen, das klassischen Computern unmöglich ist, muss ein Quantenrechner mit Hunderttausenden bis mehreren Millionen physikalischen Qubits arbeiten. Zu diesem Einschätzung gelangte zum Beispiel ein Expertengremium der amerikanischen National Academy of Sciences im Jahr 2019 in einem umfassenden Bericht zum Forschungsstand des Quantencomputers. Trotz aller Fortschritte ist es unmöglich zu sagen, ob das je machbar sein wird und wenn ja, wie viele Generationen das dauern wird.

          Denn wissenschaftlicher Fortschritt ist nicht alles. Die Dynamik der klassischen Computer, die uns innerhalb von nur sechzig Jahren vom Röhrenrechner zum iPhone gebracht hat, beruhte aber auch auf einer eigentümlichen sich selbst verstärkenden Wechselwirkung von wissenschaftlichem und wirtschaftlichen Erfolg: Neue Produkte der Digitaltechnik erlaubten es den Unternehmen, mehr Geld zu verdienen, das sie dann in die Entwicklung wiederum neuerer Technik stecken konnten. Eine solche Dynamik ist in mehr als 25 Jahren Quantencomputerforschung nicht ansatzweise in Gang gekommen. Auch der Stuttgarter Quantencomputer ist ein reines Experimentiergerät und wird genauso wenig die Synthese eines neuen Krebsmedikaments befördern wir die aktuellen oder im Bau befindlichen Reaktoren der Fusionsforscher irgendwo Strom einspeisen. 

          Aber wie in der Kernfusion, so ist das Problem beim  Quantencomputing nicht nur, dass mit den vielen Zwischenschritten, die vielleicht einmal zum Erfolg führen, kein Geld zu verdienen ist – allenfalls winkt ein Gewinn an Firmenimage oder nationalem Prestige. Das Problem ist auch, dass nicht gesagt ist, dass sich das Grundprinzip hochskalieren lässt. Eine Maschine mit 50 effektiven Qubits (oder logischen Qubits, wie die Quanteninformatiker sagen) zeigt noch nicht, dass auch ein Rechner mit 100 logischen Qubits möglich ist. Denn für letztere wären die besagten Hunderttausende oder Millionen physikalischer Qubits zur Fehlerkorrektur notwendig, und Fachleute halten es für zweifelhaft, ob sich diese durch ein Hochskalieren der heute untersuchten Konzepte für Quantencomputer-Hardware verwirklichen lassen. 

          Eine Aussichtslosigkeit des Unterfangens steht aber genauso wenig fest. So ruht die Hoffnung unter anderem auf heute noch unbekannten physikalischen Kunstgriffen oder neuartigen Quantenalgorithmen, durch welche die Zahl notwendiger Korrektur-Qubits dann vielleicht doch nicht so groß werden muss. Dergleichen aber wird nie jemand entdecken, wenn die gegenwärtige reine Grundlagenforschung an den Qubits nicht geleistet wird und wenn nicht schon heute Studenten und Nachwuchsforscher mit, wenn auch primitiver, Quantenhardware spielen können. Und genau dazu braucht Deutschland einen Quantencomputer.

          Ulf von Rauchhaupt
          Verantwortlich für das Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

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