FAZ plus ArtikelQuantenrechner Made in Germany

Deutschland im Quantenfieber

Von Manfred Lindinger
21.10.2020
, 14:57
Die politischen Weichen für einen deutschen Quantencomputer sind gestellt. Die Fördermittel sind bewilligt. Doch wie verteilt man zwei Milliarden Euro sinnvoll?

Deutschlands Quantenphysiker dürften nicht schlecht gestaunt haben, als Anfang Juni die Bundesregierung ankündigte, im Rahmen des Corona-Konjunktur- und Krisenbewältigungspakets auch die Summe von zwei Milliarden Euro für die Entwicklung eines leistungsfähigen Quantencomputers „Made in Germany“ lockermachen zu wollen. Das Doppelte der Summe also, mit der das seit zwei Jahren laufende und auf zehn Jahre ausgelegte Quanten-Flaggschiff der EU die Entwicklung der Quantentechnologien in Europa fördert und Anwendungen vorantreibt. Für viele Wissenschaftler, die hierzulande an extrem empfindlichen Quantensensoren, ultragenauen Atomuhren, absolut abhörsicheren Datenleitungen und Quantenrechnern forschen, hat sich nun der Wunsch nach einer großzügigen Förderung endlich erfüllt.

Zwar ist Deutschland in der Grundlagenforschung gut aufgestellt und nimmt bei vielen Entwicklungen eine Führungsrolle ein. Auch wurden bisher einzelne Projekte vom Bundesforschungsministerium oder von der EU durchaus großzügig gefördert. Aber es mangelte bislang an der politischen Weichenstellung, damit aus der Quantenwissenschaft – ähnlich wie bei der Nano- und Gentechnik – eine echte Technologie mit marktfähigen Produkten werden kann.

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Der Quantencomputer

Riesige Datenbanken in der Zeit eines Wimpernschlags durchforsten, angeblich sichere Codes knacken, komplexe Quantensysteme modellieren oder umfangreiche Optimierungsaufgaben lösen – was selbst einen Supercomputer schnell an seine Leistungsgrenze bringt, wäre für einen Quantenrechner ein Kinderspiel. Denn letzterer funktioniert nach einem ganz anderen Prinzip als ein klassischer PC. Während herkömmliche Computer mit Bits rechnen, die nur die binären Werte „0“ oder „1“ annehmen können, verarbeitet ein Quantencomputer sogenannte Quantenbits, kurz „Qubits“. Die quantenmechanischen Informationseinheiten können nicht nur die binären Zustände annehmen, sondern auch unendlich viele Zwischenzustände. Und das gleichzeitig. Diese Fähigkeit macht den Quantencomputer gegenüber seinem klassischen Gegenstück so überlegen: Komplexe mathematische Aufgaben kann er schnell parallel lösen. Die Möglichkeiten, die in einem Quantencomputer stecken, haben auch längst die großen IT-Firmen in den Vereinigten Staaten und Asien erkannt. Sie haben Millionen von Dollar in die Entwicklung von Quantensystemen gesteckt und Wissenschaftler von namhaften Universitäten angeworben. Viele der Prototypen arbeiten bereits mit 50 Quantenbits, und es sollen noch mehr werden. Als Träger von Quantenbits nutzen IBM, Microsoft und Google elektrische Schaltkreise, die in supraleitenden Mikrochips integriert sind. Die darin umlaufenden Ströme stellen – je nach Umlaufrichtung – zwei unterschiedliche Energiezustände dar. Mit Mikrowellenpulsen lassen sich die Zustände überlagern und manipulieren. Bewährt haben sich auch geladene Atome, die man mit elektrischen und magnetischen Feldern in der Schwebe hält. Durch das Einstrahlen von Laserlicht lassen sich die Ionen in die Zustände 0, 1 oder Überlagerungen davon versetzen. Allerdings darf die Superposition der Zustände während des Rechenprozesses nicht zerstört werden. Jede Einwirkung von außen, die auf ein Quantenbit wie eine Messung wirkt, führt zum Kollaps der Überlagerung. Dadurch kann es zu unerwünschten Rechenfehlern kommen. Leistungsfähige Systeme besitzen deshalb ein effizientes Fehlerkorrektursystem.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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