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Quantencomputer rechnen nicht mit gewöhnlichen Bits, sondern mit sogenannten Quanten-Bits (QUBits). Während gewöhnliche Bits entweder nur eine "0" oder eine "1" sein können, können Qubits auch einen Zwischenzustand einnehmen – eine sogenannte Superposition.
Es wäre jetzt aber zu einfach zu sagen, dass man mit einem Quantencomputer zum Beispiel sämtliche Steuerbescheide beim Finanzamt parallel verarbeiten könnte. Denn wegen des Wahrscheinlichkeitscharakteres der Quantenphysik müssen wir Algorithmen programmieren, die am Ende auch ein Ergebnis ausspucken. Das ist besonders knifflig. Für ein paar Aufgabenstellungen ist das aber bereits gelöst: Datenbanksuche, Optimierung, Kryptoanalyse oder theoretische Chemie.
Was bedeutet das genau? Wo können Quantencomputer uns im Alltag helfen?Ein Bereich wären Optimierungsaufgaben, im Prinzip bei Dingen wie künstliche Intelligenz oder Maschinenlernen. Beispielsweise in Staus, wenn es darum geht, optimale Routen zu finden. Oder bei der Optimierung von Passagierströmen an Flughäfen. Das ist ein interessantes Optimierungsproblem, denn hier muss man wirklich schnell sein. Wenn ein Flugzeug verspätet reinkommt oder sich nur ein paar Passagiere am Flughafen verlaufen, kann das den ganzen Plan durcheinanderbringen.
Und klassische Rechner stoßen hierbei an ihre Grenzen?Für einen neuen Plan beim Flughafen braucht der Quantencomputer beispielsweise nicht eine Nacht, sondern schafft das potenziell in ein paar Minuten. Bei der Optimierung ist das nämlich so: Wenn ein klassischer Computer bei einer Route nur einen kleinen Umweg planen muss, kann er das ganz gut. Wenn die Route aber radikal anders sein soll, kann die Berechnung mit einem klassischen Computer sehr lange dauern. Bei so etwas muss das System nämlich viele Möglichkeiten durchprobieren.
Aber Google Maps kann doch heute schon Staus erkennen und neue Strecken innerhalb von Sekunden vorschlagen.Das kommt am Ende darauf an, wie groß die Stadt ist und wie dramatisch die Umwege sind. Manchmal fragt man sich ja, warum mir Google Maps im wilden Stadtverkehr mit spontan entstehendem Stau solche Umfahrungen vorschlägt, statt mich einfach außenrum zu schicken. Das liegt daran, dass Google Maps auf manche Dinge nicht schnell genug eingehen kann. Bei klassischen Computern ist die Wand, an der sie an ihre Grenzen bei Geschwindigkeiten stoßen, wirklich steil. Und: Je mehr Daten so ein Rechner verarbeiten muss, desto größer muss er im Endeffekt sein. Bei Quantencomputern reicht es aber, wenn sie für eine vergleichbare Aufgabe nur ein wenig größer gebaut werden als ein Modell, das dort vielleicht Probleme hatte.
Ein Teil von Googles Quantencomputer: Das Unternehmen soll mit seinem Rechner die Quantenüberlegenheit erreicht haben. (Quelle: Google)Ein Teil von Googles Quantencomputer: Das Unternehmen soll mit seinem Rechner die Quantenüberlegenheit erreicht haben. In der Community hat man sich über den Energieverbrauch noch wenig Gedanken gemacht. Im Endeffekt können Quantencomputer aber energieschonender arbeiten als Supercomputer – auch trotz der Kühlleistung, die die Geräte brauchen. Das liegt unter anderem daran, dass ein Quantencomputer viele Informationen in wenigen Quantenbits speichern kann.
Haben Quantencomputer auch andere Vorteile?Wichtig ist auch, dass solche Rechner Prozesse in der Chemie optimieren können. Das wird vermutlich die erste Anwendung von Quantencomputern sein, da man hier ein Quantensystem mit einem anderen simulieren kann. Selbst mit eingeschränkter Hardware kann man hier schon viel machen. Ein Beispiel wäre hier der Herstellungsprozess von Düngern. Das klingt erstmal unspektakulär, aber das ist tatsächlich ein wichtiges Beispiel. Sie müssen sich dabei auch klarmachen, dass die Herstellung von Stichkstoffdünger etwa drei Prozent des menschengemachten CO2-Ausstosses ausmacht.
Sie erwähnten, dass Quantencomputer maschinelles Lernen optimieren können. Kann durch Quantencomputer auch eine Art Quanten-KI entstehen, die Bewusstsein erlangt – und sogar die Menschheit bedroht, wie wir es aus der Popkultur kennen?
Die Gefahr, halte ich für sehr, sehr gering. Es gibt gelegentlich Leute, die in Publikationen behaupten, dass das menschliche Bewusstsein sich nur mit Quantenphysik erklären lasse. Die werden in der wissenschaftlichen Community aus gutem Grund nicht erst genommen: Denn Quantencomputer funktionieren entweder bei Tiefstemperaturen oder im Ultrahochvakuum. Ihr Gehirn befindet sich aber weder in einer Kältekammer noch in einem Ultrahochvakuum. Quantenphysik und Bewusstsein haben also nichts miteinander zu tun. Mit Quantencomputern lassen sich aber kleine und mittelgroße KI-Aufgaben effizienter gestalten – wie das Beispiel mit dem Flughafen oder den Staus. Aber auch im Bereich des autonomen Fahrens können solche Rechner eingesetzt werden, wenn es darum geht, dass schnell Entscheidungen getroffen werden müssen. Das sind jetzt KI-Aufgaben, die ethisch wenig kritisch sind. Aber dennoch sollten wir uns bewusst machen, dass da auch da ein bisschen Regulierungsbedarf besteht.

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