Anfang 2019 präsentierte IBM den weltweit ersten kommerziellen Quantencomputer, den IBM Q System One[1], der seitdem für Forschungsinstitute und Geschäftskunden über die Cloud zugänglich ist. Schon Ende 2019 plant IBM, die ersten Quantencomputer auf den Markt zu bringen. Neben IBM forschen inzwischen aber auch große Unternehmen wie Google, Microsoft und Intel, sowie renommierte Universitäten und innovative Start-ups an der vielversprechenden Technologie.[2] Doch noch befinden sich Quantencomputer eher in der Anfangsphase, vergleichbar mit den klassischen Computern des mittleren 20. Jahrhunderts: Riesige Bauteile, komplizierte Steuerung, Rechner, die nur spezifische Probleme lösen können, und mit einer Leistung, die noch nicht wirklich beeindruckt. Was macht diese neue Technologie also so besonders?

Um die Unterschiede zu klassischen Computern besser zu verstehen, wird häufig das Problem des Handlungsreisenden als Beispiel herangezogen.[3] Die Optimierungsaufgabe besteht darin, die kürzeste Route eines Handlungsreisenden zu finden, der mehrere Orte besuchen muss und am Ende am gleichen Ort wieder ankommen soll. Dabei darf er keinen Ort auslassen oder, bis auf den Anfangsort, mehr als einmal besuchen. Legt man fest, dass der Handlungsreisende 10 Orte besuchen muss, liegt die Anzahl an zulässigen Strecken bereits bei über Hunderttausend. Und bei 15 Orten schon bei knapp 50 Milliarden. Während ein normaler Computer für ein solches Problem alle möglichen Pfade hintereinander berechnen, speichern und anschließend vergleichen müsste, könnte ein Quantencomputer alle Möglichkeiten gleichzeitig testen und nur den besten Lösungsweg speichern. Somit könnte man die optimale Lösung innerhalb von wenigen Sekunden oder Minuten, anstelle von Tagen oder Wochen, berechnen. Auf gleiche Weise könnten Quantencomputer schneller Einträge in großen Datenbanken suchen, intelligente Algorithmen trainieren, und effizienter neue Materialien oder Moleküle für Medikamente in der Medizin finden. 

In Deutschland arbeiten schon heute Unternehmen, Forschungszentren und Universitäten an Anwendungen für den Gebrauch von Quantentechnologie.[4] So untersuchen z.B. BMW[5] und VW[6] Möglichkeiten, wie sie mit Hilfe von Quantencomputern die Sicherheit von autonomen Fahrzeugen erhöhen, Roboter in der Produktion verbessern, und den Verkehrsfluss in großen Städten optimieren können. An weiteren Anwendungsfällen arbeiten das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die LMU München[7], wo man sich erhofft, Quantentechnologie einzusetzen um komplexe Naturphänomene schneller zu simulieren. Das Problem ist, dass selbst moderne Supercomputer, welche einfach beschrieben eine Parallelschaltung von mehreren Tausend klassischen Computern sind, Jahre für Simulationen solcher Größe bräuchten. Dadurch müssen Forscher auf wichtige Faktoren verzichten oder mit großen Verzögerungen rechnen, um beispielsweise Ereignisse, die im Weltraum beobachtet wurden, nachzubilden. Es ist aber klarzustellen, dass Quantencomputer nicht in allen Bereichen effizienter als klassische Computer sind. So sind beide Technologien gleich schnell, wenn es darum geht, Rechnungen zu buchen, Fotos oder Ähnliches auf die Cloud zu laden, oder statische Prozesse zu automatisieren. Deshalb werden Quantencomputer herkömmliche Rechner nicht vollständig ersetzen. Stattdessen werden große Unternehmen wie Google, Microsoft, und IBM in entsprechende Technologien investieren und Nutzern über Cloud-Dienste Zugriff auf diese gewähren. Dennoch macht es in jedem Falle Sinn,  sich schon heute mit der Technologie zu befassen.[8] Bestehende Maßnahmen der IT Sicherheit basieren nämlich auf Verfahren, die mit Quantenrechnern angreifbar wären, sobald diese eine gewisse Leistung erreichen. Michele Mosca, Professor für Quantencomputer an der University of Waterloo, hält die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Quantencomputer im Jahr 2031 führende Verschlüsselungen von heute effizient brechen können, bei 50%. Brian LaMacchia, Leiter des Teams für Sicherheit und Kryptografie bei Microsoft Research (MSR), schätzt ebenfalls, dass dies 2030 möglich sein wird.[9] Noch stellen Quantencomputer also keine direkte Gefahr dar. Die Entwicklung der Technologie und neuer Verfahren zur Sicherheit sollten aber dennoch kontinuierlich beobachtet werden, um Entscheidungen mit Weitblick zu treffen und zur richtigen Zeit die richtigen Maßnahmen zu ergreifen.

[1] https://www.faz.net/aktuell/wissen/computer-mathematik/ibm-praesentiert-den-ersten-kommerziellen-quantencomputer-15980196.html
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_companies_involved_in_quantum_computing_or_communication
[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Problem_des_Handlungsreisenden
[4] https://www.datacenter-insider.de/d-wave-erweitert-zugang-zu-seinem-quantencomputer-a-814357/
[5] https://www.bmwgroup.com/de/unternehmen/bmw-group-news/artikel/ein-quantensprung-fuer-die-mobilitaet.html
[6] https://www.volkswagenag.com/de/news/2018/11/Volkswagen_intelligent_traffic_management.html
[7] https://www.uni-muenchen.de/ueber_die_lmu/auszeichnungen/lmu_excellent/exzellenz_cluster/mcqst_2.html
[8] https://www.newyorker.com/tech/annals-of-technology/hacking-cryptography-and-the-countdown-to-quantum-computing
[9] https://www.newyorker.com/tech/annals-of-technology/hacking-cryptography-and-the-countdown-to-quantum-computing