Schon vor rund einhundert Jahren entdeckten Physiker die sonderbaren Eigenschaften der sogenannten Quantenteilchen, die heute die Säulen der modernen Physik bilden.

Der Tunneleffekt oder die Verschränkung sind Phänomene, die lange Zeit nur in der Grundlagenforschung oder der Atomphysik eine Rolle spielten. Das hat sich geändert. Man hat erkannt, dass man sich diese Eigenschaften zunutze machen kann, um Computer zu konstruieren, die heutige Rechner mehr als in den Schatten stellen.

Heutige Computer basieren ausnahmslos auf dem binären Prinzip. Sie kennen nur Nullen und Einsen. Alle Computerprogramme und die Speicherung von Daten sind nichts anderes als eine unendliche Abfolge dieser beiden Ziffern. Technisch wird das mit Transistoren realisiert, die man entweder aus- (Null) oder einschaltet (Eins). Jeder Transistor stellt ein sogenanntes Bit, die kleinste Informationseinheit dar. Um eine Ziffer oder einen Buchstaben mit diesem System zu codieren, braucht man acht Bit, also acht Transistoren. Zwar kann man Transistoren heute in unglaublich winzige Dimensionen komprimieren – 100 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter Prozessorfläche sind kein Problem – dennoch stößt diese Technologie an ihre Grenzen. Die gigantischen Datenmengen, die Forschung und Unternehmen heute durchsuchen, ordnen und analysieren wollen, verlangen nach immer schnelleren und leistungsfähigeren Computern.

Quantencomputer sind deshalb das Ziel intensiver Forschung, vorangetrieben von den großen Tech-Konzernen und den führenden Industrienationen. Mit dieser Technologie will man zukünftig zum Beispiel neue Werkstoffe für die Industrie erschaffen oder Wetter- und Naturphänomene exakter und langfristiger vorhersagen.

Ihre Bits heißen Qubits und kennen nicht nur zwei, sondern theoretisch unendlich viele Zustände, sie können sogar gleichzeitig Eins und Null sein. Mittlerweile beherrscht man diese Technologie soweit, dass man sie gezielt zur Lösung schwieriger mathematischer Operationen einsetzen kann. Experimentell hat man bereits bewiesen, dass ein Quantencomputer Berechnungen binnen weniger Sekunden durchführen kann, für die die leistungsfähigsten heute verfügbaren „herkömmlichen“ Super-Computer tausende Jahre benötigen würden.

Das sind buchstäblich wahre Quantensprünge – die Experten nennen es die Quantenüberlegenheit.

Wären da nicht die anspruchsvollen Bedingungen, die Quantencomputer benötigen: Die meisten Qubits-Prozessoren funktionieren nur, wenn man sie nahezu auf den absoluten Nullpunkt herunterkühlt, also etwas mehr als minus 270 Grad Celsius. Manche benötigen auch noch die Schwerelosigkeit des Weltraums oder die vollständige Abwesenheit von Sauerstoff. Auch das reine Auslesen der Information kann schon zu deren ungewollter Veränderung führen. Herausforderungen, die es noch zu bewältigen gilt.

Dennoch sind die bisherigen Ergebnisse so erfolgversprechend, dass man davon überzeugt ist, in absehbarer Zeit kommerziell nutzbare Quantencomputer entwickeln zu können. Allerdings ist der noch zu leistende Forschungsaufwand extrem hoch. Die US-Tech-Giganten wie Google, IBM & Co. verfügen über die nötigen finanziellen Mittel, die Forschung und Entwicklung eigenständig voranzutreiben. Aber auch Europa hat Technologie-Konzerne, die sich der Herausforderung stellen, wie zum Beispiel der französische ATOS-Konzern. Dort arbeitet man an der Simulation von Quantencomputern. Diese Brückentechnologie kann allerdings zunächst nur einen kleinen Teil der Vorteile der Technologie nutzbar machen.

Die Bundesregierung hat im vergangenen Sommer beschlossen, die Entwicklung von Quantencomputern auch in Deutschland voranzutreiben und will dafür Milliardenbeträge bereitstellen. Sie hat von Expertengremien eine Roadmap erstellen lassen, wie es deutsche Konzerne wie Bosch, BASF und Volkswagen schaffen können, nicht nur die Entwicklung, sondern auch die kommerzielle Nutzung von Quantencomputern umzusetzen. Schließlich will man nicht wieder hintenanstehen, wenn in naher Zukunft mit der Technologie auch Geld verdient wird – so geschehen zum Beispiel beim MP3-Player, der zwar in Deutschland erfunden wurde, dann aber in Japan und den USA produziert und vermarktet wurde.

Bleibt abzuwarten, ob sich die großen Hoffnungen, die in diese Technologie weltweit gesetzt werden, am Ende erfüllen werden. Das Beispiel der Kernfusion, von der man sich eine Revolutionierung der Energiegewinnung erhofft hatte, zeigt, dass es längst nicht jede neue Technologie bis zur kommerziellen Nutzung schafft.