Manches Wissen wächst in verdammt hohen Gebieten. Trotzdem sollte man sich hin und wieder dorthin aufmachen, auch wenn es richtig anstrengend wird. Willkommen auf dem Pfad der Quanteninformatik.

Basislager

Gehen Sie erst los, wenn Sie die folgenden Grundlagen in Ihren Rucksack gepackt haben

Die Anfahrt ins Basislager erfolgt mit 30 schwarzen Limousinen und Kleinbussen von Mercedes, die Scheiben dunkel getönt. Die Fahrzeuge stehen Spalier auf dem Kopfsteinpflaster vor der Heidelberger Universität und spiegeln die Herbstsonne. Sieht aus wie der Fuhrpark für einen Mafia-Film. Normalerweise chauffiere er Prominente wie Heidi Klum, sagt einer der Fahrer. Aber die Kunden in dieser Woche in Heidelberg, die seien netter.

Zwei Stufen hoch, vorbei an der Security. In der Eingangshalle scharen sich viele junge Menschen um wenige ältere, es sieht ein bisschen aus wie Opa erzählt vom Krieg. Kaffeepause. Ein Mann mit weißem Vollbart wird vor laufender Kamera interviewt: Vint Cerf steht auf seinem Namensschild, "Chief Internet Evangelist" bei Google. Er wird auch als Vater des Internets bezeichnet, weil er den Standard TCP/IP für die Datenübertragung mit erfunden hat.

Hier sind Wissenschaftler aus aller Welt versammelt: Nachwuchsforscher treffen auf ihre Idole, die Superhirne der Computerwissenschaft und Mathematik. Das Heidelberg Laureate Forum steuert auf den Höhepunkt zu: Neuigkeiten über Quantencomputer.

Die 30 Fahrzeuge kutschieren die Teilnehmer eine Woche lang zwischen Vorträgen, Sehenswürdigkeiten und Festessen umher. Man kann diesen Luxus auch als Symbol betrachten: Quantencomputer waren 20 Jahre lang ein exotisches, unverständliches, verspieltes Forschungsgebiet. Heute zieht das Thema viel Geld an. Die Konferenz wird gesponsert von der Stiftung des verstorbenen SAP-Gründers Klaus Tschira.

Der Physikprofessor John Martinis wurde aus Santa Barbara eingeflogen. Google hat ihn dort von der University of California abgeworben und ihm ein Labor zur Verfügung gestellt. "Normalerweise baut man so was zu Beginn seiner Karriere mit 30 oder 35 auf", sagt er, "aber ich durfte das in meinen 50ern noch mal tun." Jay Gambetta ist aus New York gekommen, er entwickelt Quantencomputer bei IBM. Das Unternehmen hat einen Prototyp konstruiert, den jeder über das Internet programmieren kann. Dann ist da noch Seth Lloyd vom Massachusetts Institute of Technology, ein Physikprofessor mit Zopf und Hut, der von einem Treffen mit dem amerikanischen Militärdienst NSA zum Thema Quantencomputer berichtet. Auch die EU, Intel, China, Microsoft und Volkswagen investieren in Quantencomputer. Volkswagen?

Erster Anstieg

Los geht’s! Auf leichten Anhöhen begegnen Sie Erkenntnissen, die Sie ins Schwitzen bringen können

Zum Aufwärmen ein YouTube-Video mit dem kanadischen Premierminister Justin Trudeau. Dem reichten auf einer Pressekonferenz 40 Sekunden, um die Vorteile eines Quantencomputers zu skizzieren. "Ein normales Computerbit ist entweder 1 oder 0, An oder Aus", erklärte Trudeau, "ein Quantenzustand ist aber viel komplexer, weil er gleichzeitig Welle und Teilchen sein kann. Mehr Informationen passen in einen viel kleineren Computer, das macht Quantencomputer so interessant." Die Erklärung ist nicht ganz korrekt und lässt offen, warum Geheimdienste und Autofirmen sich für die Maschine interessieren, führt aber auf den richtigen Pfad.

Dieser Text stammt aus dem ZEIT WISSEN Magazin 1/18.

Der Begriff "Quantencomputer" vereint Quantenphysik und Computer. Die Maschine soll ebenso wie ein klassischer Computer Algorithmen ausführen und mit Zahlen rechnen. Nur soll sie dabei die Gesetzmäßigkeiten der Quantenphysik ausnutzen. Diese Aufgabe treibt Physiker, Mathematiker und Informatiker an den Rand ihrer Möglichkeiten.

Bisher folgen die Bits und Bytes eines Computers den Regeln der klassischen Physik aus dem 19. Jahrhundert: Ein Computer operiert auf der untersten Ebene, im Maschinenraum, mit binären Zahlen wie 01101010. Diese Zahlen werden in Speichern abgelegt und für Rechenoperationen benutzt. Die kleinste Informationseinheit, das Bit (von binary digit ), kann man sich wie einen Lichtschalter vorstellen, Aus oder An, 0 oder 1. Jedes Urlaubsfoto ist letztlich ein Haufen gut sortierter Nullen und Einsen. Acht Bit bilden ein Byte, eine Milliarde Byte bilden ein Gigabyte.

Heute speichert eine SD-Karte zehn Gigabyte auf der Fläche eines Fingernagels. In solchen Speichern wird jedes einzelne Bit durch eine mikroskopische Insel auf einem Mikrochip repräsentiert. Um das Bit auf 1 zu schalten, wird auf der Insel eine elektrische Ladung deponiert, inzwischen nur noch rund zehn Elektronen. Um das Bit auf 0 zu schalten, werden die Elektronen wieder abgesaugt. Die elektrische Ladung auf der Insel verhält sich im Prinzip wie eine Kirsche auf einem Stück Torte: Entweder die Kirsche liegt drauf oder eben nicht. Auch Isaac Newton hätte das verstanden.