Es stecken dutzende Versprechen hinter Quantencomputern – sie sollen den Klimawandel besser berechnen, das Internet schneller machen, Finanzkrisen voraussagen oder den Verkehr effizienter steuern. Damit Deutschland bei der Entwicklung den Anschluss nicht verliert, fördert das Bundesforschungsministerium die Entwicklung und Anwendungserprobung von Quantencomputern – seit Montag in einem ersten konkreten Projekt in Garching bei München.
Die Besonderheit des Garchinger Projekts
Das besondere von "Q-Exa" ist eine Verknüpfung des Quantencomputers mit dem dortigen Supercomputer des Leibniz-Rechenzentrums. Die beiden Rechner sollen sich in Zukunft die Arbeit teilen – und so effizienter arbeiten. Das kenne man zum Beispiel aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, sagt Jan Goetz, CEO des Start-Ups IQM, das den Quantencomputer liefern soll. Dort werden Berechnungen in der Regel durch Grafikprozessoren beschleunigt, wie er erklärt. Dieses Prinzip will IQM jetzt mit den Quantenrechnern umsetzen: "Das heißt, es gibt sogenannte hybride Algorithmen die teilweise auf dem klassischen Hochleistungsrechner laufen und die sehr, sehr komplexen Teile des Algorithmus werden dann eben auf den Quantencomputer ausgelagert."
Ist das neu?
Ob es diese Form der Arbeitsteilung zwischen Super- und Quantencomputer schon irgendwo gibt, ist unklar – denn viele Länder und Unternehmen arbeiten im Verborgenen an ihrer neuen Generation von Superrechnern. Die Integration eines Quantencomputers an ein öffentliches wissenschaftliches Hochleistungszentrum sei ihm zumindest nicht bekannt, sagt Goetz. Das System mit seinen erstmal 20 Qubits – das sind die kleinsten Recheneinheiten eines Quantencomputers – soll noch 2023 im Dauerbetrieb laufen.
Warum fördert die Bundesregierung?
Für die Forschung an Quantencomputern in Deutschland hat die Bundesregierung im Mai insgesamt zwei Milliarden Euro freigegeben – 40 Millionen davon erhält das Projekt in Bayern. "Das internationale Wettrennen im Bereich der Quantentechnologien ist in vollem Gange", sagt die geschäftsführende Bundesforschungsministerin Anja Karliczek. Deutschland und die Europäische Union müssten hier zur Sicherstellung der technologischen Souveränität mit ganzer Kraft mithalten. "Wir wollen selbst in der Lage sein, über die Technologie eigenständig zu verfügen und sie weiterzuentwickeln."
Was zeichnet einen Quantencomputer aus?
Die Forschung an Quantencomputern wird vorangetrieben, weil die bislang übliche Entwicklung von Hochleistungscomputern an ihre physikalischen Grenzen stößt. Ein Quantencomputer rechnet nicht wie ein herkömmlicher Rechner mit Bits, die nur einen von zwei Zuständen einnehmen können (Null oder Eins).
Der Qubit eines Quantencomputers kann beides gleichzeitig sein, also Eins und Null. Dieses schwer vorstellbare Prinzip der Superposition lässt sich mithilfe eines Labyrinths veranschaulichen – ein klassischer Computer muss jeden Weg einzeln ausprobieren, bis er am Ziel ist. Ein Quantencomputer kann alle Wege gleichzeitig gehen und so den Ausgang viel schneller finden. Theoretisch kann die neue Rechnergeneration also um ein Vielfaches schneller und leistungsfähiger sein. Bis es wirklich soweit ist, wird es allerdings noch dauern.
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