Deutschland und Europa wollen im internationalen Rennen um Quantencomputer aufholen. Um mindestens zwei industriell nutzbare Quantencomputer auf Spitzenniveau bis 2030 zu entwickeln, hat die Bundesregierung einen Entwicklerwettbewerb mit insgesamt 640 Millionen Euro an Fördergeldern gestartet, während Start-ups wie SaxonQ, Peak Quantum, Eleqtron und PlanQC an verschiedenen technologischen Ansätzen arbeiten.
Die nächste technische Revolution kommt in Form eines unscheinbaren, schwarzen Kastens von der Größe eines Kühlschranks daher, der an einer Steckdose hängt. Im Inneren eines solchen Geräts des Leipziger Start-ups SaxonQ arbeiten Diamantchips, die traditionelle Hochleistungsrechner in puncto Geschwindigkeit in einigen Jahren in den Schatten stellen könnten. Nach Einschätzung von Experten könnten Quantencomputer die Welt grundlegender verändern als Künstliche Intelligenz, weil sie bestimmte Aufgaben um ein Vielfaches schneller erledigen als bisherige Superrechner. Im Gegensatz zu anderen Zukunftstechnologien sei Europa hier nach Angaben von Leon Koch, Mitgründer und Chef der Münchener Firma Peak Quantum, nicht abgehängt, weshalb es jetzt darauf ankomme, am Ball zu bleiben.
Wettbewerb und Fördermittel für Quantencomputer bis 2030
Um diese Entwicklung aktiv zu unterstützen, rief die Bundesregierung den Wettbewerb Quantum Computing Competition ins Leben. Bei diesem Programm bewerben sich Unternehmen und Forschungseinrichtungen um insgesamt 640 Millionen Euro an Fördermitteln. Das erklärte Ziel bis zum Jahr 2030 ist die Entwicklung von mindestens zwei industriell nutzbare Quantencomputer auf Spitzenniveau. Dabei liefern sich laut Alexander Glätzle, Mitgründer und Chef von PlanQC, die USA, China und Europa ein Kopf-an-Kopf-Rennen.
Verschiedene technische Ansätze von SaxonQ, Peak Quantum und Eleqtron
Die Technologie steckt nach wie vor in den Kinderschuhen, und es ist derzeit noch offen, welcher der verschiedenen Hardware-Ansätze sich letztlich durchsetzen wird. Während SaxonQ auf Diamantchips setzt, vertrauen andere Entwickler auf supraleitende Prozessoren, die auf circa minus 273 Grad Celsius heruntergekühlt werden müssen, damit Strom widerstandslos fließt. Eine weitere Gruppe erzeugt sogenannte Qubits, die kleinste Recheneinheit eines Quantencomputers, indem sie elektrisch geladene Atome in einer Ionenfalle mit Lasern oder Mikrowellen manipuliert. Qubits nehmen im Gegensatz zu klassischen Bits nicht nur die Zustände Null oder Eins an, sondern theoretisch unendlich viele Zwischenzustände, wodurch mehrere Rechenschritte gleichzeitig ablaufen können. Zudem verbrauchen die Anlagen deutlich weniger Strom; je nach technischem Ansatz liefert bereits eine Haushaltssteckdose genug Energie.
Das Siegener Start-up Eleqtron setzt bei der Konstruktion seiner Ionenfallen-Quantencomputer auf handelsübliche Bauteile aus der Elektronikindustrie, um eine Serienproduktion zu erleichtern. Das Rennen um Quantencomputer ist offen
, betont Jan Leisse, Mitgründer und Vorstandschef von Eleqtron. Es sind viele Player im Spiel, aber der große Durchbruch ist noch keinem gelungen.
PlanQC, eine Ausgründung des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik, baut ebenfalls Quantenrechner, die bei Raumtemperatur arbeiten.
Die Herausforderung der Fehlerkorrektur und logische Qubits
Rechenzentren werden sich künftig voraussichtlich traditionelle Hochleistungsrechner und Quantencomputer teilen, da Letztere ihre Stärken gezielt bei der Ver- und Entschlüsselung von Daten, der Berechnung optimaler Routen für Speditionen oder bestimmten KI-Anwendungen ausspielen. Allerdings reagieren Quantencomputer extrem empfindlich auf äußere Einflüsse. Jens Eisert, Professor am Dahlem Center for Complex Quantum Systems der Freien Universität Berlin, beschreibt diese Hürde konkret: Störungen sind sozusagen der Endgegner des Quantenrechnens.
Der Aufwand für die Fehlerkorrektur steigt mit jedem zusätzlichen Qubit exponentiell an, was durch komplexe Algorithmen noch verschärft wird. Hohe Qubit-Zahlen, mit denen Konzerne wie Google und IBM werben, sind daher nur bedingt aussagekräftig, da ein Großteil davon für die Fehlerkorrektur verbraucht wird. Für den kommerziellen Einsatz gilt eine dreistellige Zahl fehlerkorrigierter, logischer Qubits als Minimum, während bislang nur eine Handvoll übrig bleibt. Um dieses Problem zu lösen, versuchen einige Forscher die Fehlerkorrektur durch KI zu verbessern. Peak Quantum, hervorgegangen aus einer Forschungsgruppe des Walter-Meißner-Instituts, setzt stattdessen auf speziell bearbeitete Materialien und ein verändertes Chip-Design, um die Fehleranfälligkeit zu senken.
