Physik: Das Quantenhirn

Heutige Supercomputer wären im Vergleich zu ihnen Spielzeug: Quantencomputer gelten als das nächste große Ding. Sie sollen Rechenprobleme millionenmal schneller lösen als derzeit möglich und komplexe Aufgaben erledigen, an denen man bisher verzweifelt. Vermutlich könnten sie im Handumdrehen auch alle Passwörter knacken, was besonders Geheimdienste und Militär interessiert.

Aber: Noch existiert kein solches Superhirn, vorerst gibt es nur Ansätze dazu. "Wenn man die Entwicklung des Quantenrechners mit einem Marathonlauf vergleicht, befinden wir uns gerade auf den ersten zwei Kilometern", erklärt der Physiker Frank Wilhelm-Mauch. Und weil zu diesem Zeitpunkt noch jeder Chancen hat, hat er sich ebenfalls ins Rennen geworfen: An der Universität des Saarlandes will er mit zehn Partnern aus Wissenschaft und Industrie in drei Jahren einen Quantencomputer bauen. Name: OpenSuperQ.

Wilhelm-Mauchs Konkurrenten heißen allerdings Google, Microsoft und IBM. Um mit den finanzstarken Konzernen mitzuhalten, hat die Europäische Kommission das eine Milliarde Euro schwere "Flaggschiff-Programm" zur Erforschung von Quantentechnologien aufgesetzt. Dazu gehört auch der OpenSuperQ.

Das Projekt steht vor der Herausforderung, sich die seltsamen Eigenschaften der Quantenwelt zunutze zu machen. Denn in dieser Welt regiert die Uneindeutigkeit: Werte können nicht nur wahr oder falsch sein, sondern alle möglichen Zwischenzustände annehmen, von Halb- über Drittel- bis zu Viertelwahrheiten.

Das heißt: Während die kleinste Speichereinheit eines normalen Computers, das Bit, nur die Werte 0 und 1 kennt, kann das "Qubit" eines Quantencomputers unüberschaubar viele Zustände dazwischen annehmen. Das macht den Rechner im Prinzip enorm leistungsfähig. In der Praxis sind solche Quantensysteme allerdings enorm fragil. Ihre Nutzung im Großmaßstab erfordert extremen Aufwand, beispielsweise müssen Qubits auf Temperaturen weit unter Null gekühlt werden.

Deshalb träumt Wilhelm-Mauch auch nicht gleich vom Quanten-Superhirn, sondern bescheidener von einem "eingeschränkten" Prototypen. Der OpenSuperQ soll zuächst nur ein ganz spezielles Problem lösen, nämlich die Struktur von Blausäure-Polymeren superschnell berechnen. Zugegeben: Für die Chemie wäre das nur ein kleiner Schritt; für die Quantenforscher aber schon ein gigantisch großer.
Ulrich Schnabel