Konkrete Anwendungen für Quantencomputer

Noch bieten Quantencomputer zwar bei Weitem nicht die Vielseitigkeit konventioneller Prozessoren. Dank ihrer massiven Parallelisierbarkeit und der Fähigkeit, Berechnungen von enormer Komplexität zu meistern, können Quantenchips aber bereits heute in Anwendungsfeldern mit äusserst anspruchsvollen, hoch spezialisierten Rechenoperationen auftrumpfen.

Vorteilhaft wirkt sich dabei nicht zuletzt ihre extreme Energieeffizienz aus. Der Kühler eines D-Wave-2000Q-Systems zum Beispiel verbraucht mit 25 Kilowatt nur ungefähr ein Hundertstel dessen, was ein herkömmlicher Supercomputer benötigt. Und die Quanten-Prozessoreinheit begnügt sich mit einem Bruchteil eines Mikrowatts (μW). Da die meiste Energie in einem Quantencomputer für die Kühlung verwendet wird, bleibt deshalb bei steigender Performance der Stromverbrauch nahezu konstant.

So versprechen sich die Unternehmen, die sich mit Quantencomputern beschäftigen, auf vielen Anwendungsfeldern enorme Vorteile von dieser Technik:

Big Data Analytics: Quantencomputer analysieren massive heterogene Datenbestände und Datenströme – in Echtzeit.

Maschinelles Lernen: Quantencomputer lernen anhand grosser Mengen historischer Daten, neue Problemstellungen eigenständig zu lösen.

Optimierungen: Bei extrem vielen und komplexen Alternativen wählen Quantencomputer die beste Lösung.

Auf Basis dieser Fähigkeiten sollen Quantencomputer unter anderem bei Klimaforschung, Wettervorhersagen, Gesichts- und Sprach­erkennung, industriellen Simulationen, Materialforschung oder Bitcoin-Mining eingesetzt werden.

Für die Datensicherheit ist Quanten-Computing Fluch und Segen zugleich. Zum einen bedrohen die Rechenkapazitäten von Quantencomputern existierende Kryptografieverfahren, weil sich gängige Public-Key-Verschlüsselungsverfahren wie RSA oder Diffie Hellman durch Brute-Force-Attacken knacken lassen. Diese Gefahr ist so real, dass Google bereits eine neue Verschlüsselungstechnologie testet, um die Nutzer seines Browsers Chrome vor solchen Angriffen zu schützen.

Auf der anderen Seite bietet die erwähnte Teilchen-Verschränkung neue Möglichkeiten für eine sichere Verteilung von Schlüsseln. Damit kann der Gefahr begegnet werden, dass die bei aktuellen Verschlüsselungstechniken verwendeten Einmalschlüssel abgehört werden. Denn sobald ein Quantenkanal abgehört wird, fällt das auf, da der Lauscher durch seine Aktion die gesendeten Daten beeinflusst. Die Kommunikationspartner werden gewarnt und können die Schlüssel verwerfen. Die verschlüsselte Information ist weiterhin sicher.

Thierry Breton, der CEO von Atos, kommt regelrecht ins Schwärmen, wenn er das Potenzial des Quanten-Computings beschreibt: „Die (…) Quantenrevolution wird die Geschäftsaktivitäten unserer Kunden, sei es in der Medizin, in der Landwirtschaft, im Finanzwesen oder in der Industrie, von Grund auf verändern. Wir stehen vor einem kollektiven menschlichen und technologischen Abenteuer. Wer sich für die digitale Evolution begeistert hat, der wird die Quantenrevolution lieben.“