Quantencomputing kommt zur Sache

Quantenforschung bedeutet heute ein großes Geschäft. Was einst als wissenschaftliche Kuriosität galt, verspricht Quantencomputing heute, viele Aspekte des Alltagslebens zu verändern, von der Cybersicherheit über die Arzneimittelentwicklung bis hin zur Wettervorhersage. In den letzten Jahren hat sich die Arbeit im Bereich Quantencomputing zunehmend von den Universitäten in die Forschungslabore von Unternehmen verlagert, wobei sowohl große multinationale Unternehmen als auch Start-ups und Risikokapitalgeber in den Wettlauf um die Kommerzialisierung von Quantentechnologien eingestiegen sind. Doch trotz aller Rekordfinanzierungsankündigungen und des Hypes warnen einige, dass dadurch eine „Quantenblase“ gefördert wird, die bald platzen könnte. 

Das Herz und die Seele eines Quantencomputers sind Quantenbits oder Qubits. Diese unterscheiden sich von Standard-Computerbits, die entweder 0 oder 1 sein können. Qubits hingegen können beides sein. Die Verwendung dieser Funktion für komplexe Rechenprobleme bedeutet, dass es möglich sein könnte, Lösungen viel schneller zu berechnen als die schnellsten Computer von heute, indem die Berechnung so skaliert wird, dass Berechnungen mit vielen Qubits durchgeführt werden, was zu einer exponentiellen Steigerung der Rechenleistung führt. Qubits können aus verschiedenen Hardwareplattformen hergestellt werden, beispielsweise supraleitenden Qubits oder gefangenen Ionen. Andere kommende Methoden sind photonische Quantenprozessoren, die stattdessen Licht nutzen.

Experten sagen, dass ein echter „Quantenvorteil“ erst dann zu erwarten sei, wenn Quantencomputer mit einer Million Qubits arbeiten. Und da der aktuelle Rekord immer noch unter 100 Qubits liegt, ist es noch ein weiter Weg. Was den Fortschritt jedoch am meisten behindert, ist die Dekohärenz der Qubits selbst. Um dies zu vermeiden, müssen sie meist bei nahezu 0 K betrieben und gegeneinander und die Umgebung abgeschirmt werden. Aus wissenschaftlicher Sicht steht der Entwicklung von Quantencomputern im großen Maßstab zwar nichts im Wege, allerdings sind noch einige schwierige technische Probleme zu lösen. 

Einige dieser Herausforderungen werden durch umfangreiche staatliche Programme bewältigt. In den USA investiert die Regierung 1.2 Milliarden US-Dollar Programm der Nationalen Quanteninitiative Das richtet sich sowohl an die Wissenschaft als auch an den privaten Sektor, während sich die britische Regierung dem Ende ihres 10-jährigen 1-Milliarden-Pfund-Programms nähert Nationales Quantentechnologieprogramm, das im Jahr 2013 begann. Unterdessen flossen die Niederlande im vergangenen Jahr 615 Millionen Euro in den Dachverband Quantum Delta NL die Entwicklung von Quantentechnologien voranzutreiben. Dies alles steht jedoch im Schatten der geschätzten 10 Milliarden US-Dollar, die China für sein nationales Programm bereitstellt. 

Von Big Tech zu Small Tech

Quantencomputing wird derzeit von Technologiegiganten wie IBM, Amazon, Hewlett Packard, Honeywell, Google und Microsoft dominiert, von denen einige stark in Quanteninitiativen investieren. Google verfügt über einen 53-Qubit-Quantenprozessor namens Sycamore, während IBM seine Pläne zur Produktion eines 433-Qubit-Chips später in diesem Jahr und eines 1121-Qubit-Chips im Jahr 2023 bekannt gab. IBM-Quantengeräte wurden bereits über 200,000 Kunden zur Nutzung zur Verfügung gestellt ein cloudbasierter Dienst.

Tatsächlich erforschen viele große Unternehmen Quantenanwendungen. Goldman Sachs entwickelt Quantenoptimierungsalgorithmen, um Vermögenswerte auf der Grundlage des inhärenten Risikos zu bewerten, das beispielsweise mit verschiedenen Optionen oder Aktien verbunden ist. Darin heißt es, dass Finanzbetriebe bereits in den nächsten fünf Jahren von Quantencomputern profitieren könnten. Der Autohersteller Daimler untersucht unterdessen, wie Quantencomputer neue Materialien für die Entwicklung leistungsfähigerer und kostengünstigerer Autobatterien simulieren können. Die HSBC-Bank gab im vergangenen April eine Partnerschaft mit IBM bekannt, um das Potenzial von Quantencomputing im Bankwesen zu untersuchen.

Und es sind nicht nur die großen Spieler, die im Spiel sind. Die Zahl der quantenbasierten Start-ups steigt seit mehreren Jahren, nach aktueller Schätzung beträgt sie 265 Quantencomputing-Bericht. Und einige machen große Fortschritte. Das in den USA ansässige Start-up ColdQuanta hat dieses Jahr einen 100-Qubit-Prozessor auf Basis kalter Atome auf den Markt gebracht und hofft, in den nächsten drei Jahren auf 1000 Qubits aufzurüsten. Ein weiteres US-Unternehmen – IonQ – war das erste Quanten-Start-up, das letztes Jahr mit dem öffentlichen Handel an der New Yorker Börse begann, wodurch es weit über 600 Millionen US-Dollar an Investitionsmitteln aufbringen konnte. Ein weiterer bedeutender Deal ist PsiQuantum, das sich in diesem Jahr eine 450-Millionen-Dollar-Finanzierung sicherte, basierend auf seinem Versprechen, bis 2025 einen vollwertigen photonischen Quantencomputer zu bauen. 

Angesichts der Tatsache, dass es eine solide wissenschaftliche Grundlage für das Potenzial der Quantentechnologie gibt, ist die Frage nicht, ob dies geschehen wird, sondern wann

Freeke Heijman

Quantenbasierte Start-ups wecken auch das Interesse von Risikokapitalgebern. Dies ist etwas kontraintuitiv, da Risikokapitalgeber in der Regel auf „sichere Pferde“ setzen, was bei kommerziellen Produkten, die voraussichtlich in etwa einem Jahrzehnt auf den Markt kommen, nicht der Fall ist. Dennoch machen Risikokapital und anderes privates Kapital nach Angaben des Beratungsunternehmens McKinsey inzwischen mehr als 70 % der Quantentechnologie-Investitionen aus. Und während im Jahr 93.5 nur 2015 Millionen US-Dollar investiert wurden, war diese Zahl im Jahr 2021 auf unglaubliche 3.2 Milliarden US-Dollar gestiegen. 

Die Gefahr all dieser Investitionen besteht darin, dass sie zu einer Blase führen, einige aber zumindest vorerst nicht beunruhigen. „Ich glaube nicht, dass es zu einem allgemeinen Absturz der Investitionen kommen wird, denn in den nächsten Jahren werden wir Erfolge verkünden und Organisationen sehen, die Quantencomputing für reale kommerzielle oder wissenschaftliche Anwendungen nutzen“, sagt Doug Finke, der das Unternehmen leitet Quantencomputing-Bericht. 

Freeke Heijman, Direktorin für Ökosystementwicklung bei Quantum Delta NL, fügt hinzu, dass ein bisschen Hype nicht unbedingt schlecht sei, da er dazu beitragen werde, Menschen für Quantentechnologien zu begeistern. „Angesichts der Tatsache, dass es eine solide wissenschaftliche Grundlage gibt, die das Potenzial der Quantentechnologie untermauert, ist die Frage nicht, ob es passieren wird, sondern wann“, fügt sie hinzu.