Quantencomputer: So wichtig wie das Internet?

Die Europäer sollen mehr in die neue Technologie investieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben, finden Leser. Einer fordert direkte staatliche Hilfen. Ein anderer spricht sich für ein gemeinsames Forschungszentraum im Sinne des bestehenden CERN aus.

Zu " Angst vor dem Quantenwinter" vom 5. November sowie " Zukunftsmaschine" und " Digitales Wettrüsten" vom 25. Oktober:

Unabhängige Entwicklungsarbeit

In dem Artikel "Zukunftsmaschine" wird über einen beachtenswerten Fortschritt auf dem Gebiet des Quantum Computing berichtet. Es wurde offenbar gezeigt, dass der Sycamore-Quantenprozessor in der Lage ist, in 200 Sekunden eine Aufgabe zu bewältigen, für die gegenwärtige klassische Supercomputer mehr als zehntausend Jahre benötigten. Das ist eindrucksvoll. Es ist dabei allerdings zu berücksichtigen, dass kein gegenwärtiger Quantencomputer in der Lage ist, die Aufgaben eines klassischen Computers zu bewältigen.

Der entscheidende Vorteil des Quantencomputers ist, dass er die Information durch sogenannte Qbits (Quantenbits) darstellt. Während ein klassisches Bit nur die Zustände "0" und "1" darstellen kann, kann sich ein Qbit in einer Quantensuperposition der Zustände 0 und 1 befinden. Der Quantencomputer kann dadurch eine mit der Zahl der Qbits exponentiell wachsende Zahl von Fällen parallel verarbeiten. Der Quantenparallelismus ist die Grundlage der hohen Informationsverarbeitungskapazität von Quantencomputern. Ein Problem besteht darin, dass die in Quantenzuständen vorhandene parallele Lösungsvielfalt nicht ohne Weiteres zugänglich ist. Der Ausleseprozess des Rechenergebnisses ist quantenmechanisch ein Messprozess, und der Quantenzustand wird dabei auf einen klassischen Zustand projiziert.

Von den vielen im Quantencomputer parallel berechneten Ergebnissen bleibt nur ein einziges über. Es gibt nur wenige Algorithmen, die sich den Quantenparallelismus zunutze machen können, und der Quantencomputer ist weit davon entfernt, auf dem Weg zum universellen programmierbaren Computer zu sein, der alle Aufgaben eines klassischen Computers, nur eben viel schneller und besser, lösen kann.

Die Probleme, die es für die Realisierung leistungsfähiger universeller Quantencomputer zu bewältigen gilt, sind erheblich. Eine Lösung ist noch nicht gegeben, und man sollte sich auf einen längeren Zeitraum für Forschung und Entwicklung einstellen. Falls der Durchbruch gelingt, werden die Folgen allerdings gewaltig sein. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die Forschung in Europa auf diesem Gebiet wettbewerbsfähig ist.

Es ist kein Wunder, dass hier Google und der chinesische Konzern Alibaba massiv investieren. Quanteninformationsverarbeitung stößt auf zunehmendes Interesse in der Politik. Das ist begrüßenswert, sollte jedoch nicht dazu führen, dass die klassische Elektronik aus dem Blickfeld gerät. Bei der Festveranstaltung der Deutschen Akademie für Technikwissenschaften Acatech am 15. Oktober hat Bundesminister Helge Braun in seinem Vortrag gesagt, dass in der Siliziumtechnologie für Deutschland "der Zug abgefahren" sei, da der Vorsprung von Nordamerika und Asien nicht aufgeholt werden könne, und dass stattdessen in Deutschland in Zukunft im Bereich der Quantentechnologien geforscht werde und wir die Chance hätten, bei diesen Zukunftstechnologien einen Vorsprung zu erreichen. Das ist meines Erachtens beides falsch.

Es ist richtig, dass eine Implementierung einer im globalen Wettbewerb kompetitiven Siliziumtechnologie in Europa einen erheblichen finanziellen Aufwand, vermutlich in der Größenordnung von 60 bis 100 Milliarden Euro, erfordern würde. Das ist mit Forschungsförderung nicht zu machen, sondern eher mit staatlichen Aufträgen, staatlich gegebener Zielsetzung und voller Übernahme des Risikos durch den Staat. Wie so etwas funktioniert, sieht man an den USA und China. In beiden Fällen baut die Wirtschaft auf technologischen Grundlagen auf, die, unter staatlicher Regie und Finanzierung, mit begrenztem eigenem Risiko entwickelt wurden.

In Europa muss die Verfügbarkeit wichtiger Basistechnologien sichergestellt sein. Wichtige asiatische Staaten sind keine Demokratien, die Wirtschaftspolitik der USA wird zunehmend erratisch. Europa muss über die technologische Basis der Elektronik und der Informations- und Kommunikationstechnik in voller Breite verfügen, um seine Wirtschaft und damit die Kultur der Demokratie und der sozialen Gerechtigkeit zu schützen und nicht erpressbar zu werden. Dies kann nur gelingen, wenn wir in den wichtigen Bereichen der Technologie unabhängig werden.

Prof. Dr. Peter Russer, TU München

Das große Technik-Rüsten

Die digitale Welt zu beherrschen und mit Lichtgeschwindigkeit die Aufgaben der Menschheit zu lösen, ist der Fortschrittsglaube, und der an die Macht, alles zu beherrschen. Die Diktatur der Technologie ist aber nicht demokratisch verfasst, das Wettrüsten können sich nur wenige Konzerne leisten. Die Zivilgesellschaft bleibt dabei oft außen vor!

Thomas Bartsch-Hauschild, Hamburg

Europäisches Forschungslabor

Mich erinnert die Entwicklung des Quantencomputers an die Entwicklung des Internets. Die erste Anwendung des World Wide Web wurde in der Schweiz beim Kernforschungszentrum Cern entwickelt. Aber Europa hat die weitere Entwicklung verschlafen. Es kamen Start-ups aus den USA, die seitdem die Welt beherrschen: Google, Amazon, Facebook, Twitter usw. Und die US-Firmen haben die besten europäischen Entwickler abgeworben. Ähnlich ist die Situation auch jetzt bei den Quantencomputern. Bei Microsoft werden mehrere Spezialisten forschen, Charles Marcus aus Kopenhagen, Leo Kouwenhoven aus Delft und Matthias Troyer von der ETH Zürich, und die Firma will angeblich eine Milliarde US-Dollar in die Entwicklung der Quantencomputer investieren. Auch Intel investierte 45 Millionen in die Entwicklung von Quantencomputern zusammen mit der TU Delft. Sogar die US-Firma Honeywell, die vor Jahrzehnten Computer herstellte, dann aber 1991 damit aufhörte, hat 2017 Honeywell Quantum Solutions gegründet und baut einen Ionenfallen-Quantencomputer. Diesen Computer verwendet Microsoft für seine Azure-Quantum-Cloud, Microsoft kooperiert auch mit den Start-ups Quantum Circuits und IonQ.

Die EU hat keine eigene Armee, auch keine eigene militärische Forschungsorganisation wie die Darpa in den USA. Die Iarpa (Intelligence Advanced Research Projects Activity) hat die Quantum Computer Science Initiative und LogiQ (Logical Qubits-Programm) aufgerufen. In der EU gibt es das Projekt MicroQC (Microwave-driven Ion Trap Quantum Computing), unter der Leitung von Prof. Nikolaj Vitanov von der Foundation for Theoretical and Computational Physics and Astrophysics in Bulgarien. Hyperfeine Qbits in lasergekühlten, eingefangenen atomaren Ionen sind eine der vielversprechendsten Plattformen für das General-Purpose-Quantencomputing.

Da es in der EU keine Computerhersteller - außer Atos/Bull in Frankreich - mehr gibt, wäre eine Allianz nach dem Vorbild von Airbus, wie Prof. Wilhelm-Mauch in dem Artikel "Angst vor dem Quantenwinter" anregt, nicht realistisch. Man könnte aber ein europäisches Forschungslabor wie Cern einrichten.

Igor Fodor, München