Was man zum neuen Quantencomputer in Garching wissen muss Von Sabine Dobel und Christoph Dernbach, dpa

Wie ein Kühlschrank mit minus 273 Grad für Hoffnung auf staufreie
Städte und schnellere Medikamentenforschung sorgt. Und warum
Bankdaten trotzdem noch sicher sind.

München (dpa) - Die Rechenleistung ist riesig, dennoch können selbst
Supercomputer manchmal komplexe Aufgaben nicht lösen. Quantencomputer
als völlig neue Generation von Superhirnen sollen Abhilfe schaffen.
In Deutschland geht es mit dieser Technologie nun einen großen
Schritt voran. 

Am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der
Wissenschaften in Garching bei München ist der Quantencomputer
Euro-Q-Exa offiziell in Betrieb gegangen. Die Antworten auf die
wichtigsten Fragen. 

Was ist das Besondere an dem System in Garching? 

Der Quantencomputer wird direkt in den dortigen Supercomputer
SuperMUC-NG integriert. Das LRZ verfolgt damit das Ziel,
Quantencomputer als Beschleuniger für klassische Supercomputer zu
nutzen. Anstatt die Quantencomputer alleine rechnen zu lassen,
übernimmt der neue Quantenrechner extrem komplexe Teilaufgaben. Das
könnten etwa chemische Simulationen oder logistische
Optimierungsaufgaben sein. Der klassische Supercomputer würde die
restliche Datenverarbeitung steuern. 

Wie aufwendig ist der Betrieb des Quantencomputers? 

Der Quantencomputer Euro-Q-Exa ist ein System auf Basis von
supraleitenden Qubits, es muss bis auf minus 273 Grad gekühlt werden.
Dennoch sei der Strombedarf geringer als der des SuperMUC-NG,
erläuterte eine LRZ-Sprecherin. 

Woher stammt der neue Quantencomputer? 

Weltweit führend bei der Entwicklung von Quantencomputer sind die
USA, gefolgt von China, das mit massiven staatlichen Investitionen
eine Aufholjagd gestartet hat. Die Anlage in Garching stammt jedoch
aus Finnland. Das Unternehmen IQM, das den Quantencomputer am LRZ
gebaut hat, ist eine finnisch-deutsche Ausgründung der
Aalto-Universität. 

Deshalb kam zur Eröffnung auch die EU-Vizepräsidentin für
Technologie, Henna Virkkunen, die aus Finnland stammt. In Virkkunens
Zuständigkeitsbereich fällt das EuroHPC Joint Undertaking. Diese
Organisation hat den Quantencomputer am Leibniz-Rechenzentrum in
München mitfinanziert. 

Was sind die Unterschiede zwischen einem klassischen Supercomputer
und einem Quantenrechner? 

Während ein klassischer Supercomputer Informationen nacheinander als
eindeutige Bits (0 oder 1) verarbeitet, nutzt ein Quantencomputer
Qubits, die dank physikalischer Gesetze viele Zustände gleichzeitig
einnehmen können. Dadurch muss der Quantenrechner komplexe
Lösungswege nicht einzeln ausprobieren, sondern kann riesige
Datenmengen simultan durchsuchen, um die optimale Antwort fast
augenblicklich zu finden. In der Praxis fungiert der Quantenrechner
daher nicht als Ersatz, sondern als hoch spezialisierter
Beschleuniger für Aufgaben, an denen herkömmliche Supercomputer
aufgrund ihrer schieren mathematischen Komplexität scheitern. 

Wofür könnten solche Computeranlagen in der Praxis dienen? 

In der Chemie- und Pharmaforschung könnte mit Hilfe der Anlage eine
Art digitales Reagenzglas entstehen. Da Moleküle selbst
Quantenobjekte sind, können sie von der Hybridanlage viel
naturgetreuer simuliert werden als von herkömmlichen Rechnern.
Denkbar sind Anwendungen in der Batterieforschung oder bei der Suche
nach Wirkstoffen, wenn Pharmaunternehmen simulieren, wie passgenau
ein neues Medikament an ein Virusprotein andockt. Damit könnte eine
jahrelange Suche im Labor abgekürzt werden. 

In Garching arbeitet man aber auch an neuartigen Konzepten, etwa für
das Flugplanmanagement. Damit sollen unter anderem massive
Verspätungen durch Unwetter verhindert werden, weil hunderte
Flugzeuge und Crews so umgeleitet werden, dass der Betrieb am
effizientesten weiterläuft. Forschungsgegenstand ist auch das
autonome Fahren. Hierbei sollen Tausende von Routen in Echtzeit
optimiert werden, um Staus in einer Stadt wie München komplett zu
verhindern. 

Kann das LRZ künftig Verschlüsselungen knacken? 

Tatsächlich wird in der Szene das Thema Verschlüsselung und
Quantentechnik heiß diskutiert. Perspektivisch werden Quantencomputer
irgendwann in der Lage sein, die derzeit eingesetzten
Verschlüsselungsverfahren - etwa beim Homebanking oder bei der
Kryptowährung Bitcoin - zu knacken, wenn diese bis dahin nicht
verbessert werden. 

Abgesehen davon, dass vorwiegend Wissenschaftler den neuen
Quantencomputer des LRZ nutzen, würde die Rechenleistung der Anlage
in Garching auch für derartige Anwendungen nicht reichen. 

Der Rechner in Bayern hat zum Start zunächst 54 Qubits, zum
Jahresende wird er nochmals um ein Element von bis zu 150 Qubits
erweitert. Um einen heute üblichen RSA-2048-Schlüssel, wie er beim
Homebanking eingesetzt wird, zu knacken, würde man derzeit nach
Schätzungen von Forschern etwa 20 Millionen Qubits benötigen. Beim
Bitcoin-Verfahren ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)
bräuchte ein Quantencomputer nach Berechnungen von Forschern der
University of Sussex in Großbritannien mindestens 317 Millionen
physische Qubits, um einen privaten Schlüssel innerhalb einer Stunde
zu errechnen.