Vor zehn Jahren wurde der erste potenziell nützliche Quantenalgorithmus geschrieben. Also ein Rechenverfahren, das sich auf einem Computer ausführen lässt, und zwar auf einem Quantencomputer. Nur gibt es leider bis heute keine Quantencomputer.

Der genannte Algorithmus, von Peter Shor entdeckt, eignet sich dafür, eine Zahl in ihre Primfaktoren zu zerlegen (zur Erinnerung: Jede natürliche, also ganze und positive Zahl ergibt sich aus der Multiplikation von Primzahlen). Er kann das in vergleichsweise kurzer Zeit. Genauer: Die Rechenzeit erhöht sich mit der Größe der zu zerlegenden Zahl, aber eben nur allmählich und nicht explosionsartig.

Für wen wäre das interessant? Für Codeknacker zum Beispiel. Gute Verschlüsselung kann heutzutage nicht gebrochen werden, weil sie mit sehr großen Zahlen operiert, die in Primfaktoren zerlegt werden müssen. Gäbe es jedoch Quantencomputer, dann wäre alles, was heute verschlüsselt wird, quasi sofort zugänglich.

Mit den exotischen Rechnern ließen sich auch riesige Datenmengen im Nu durchsuchen, weshalb auch Geheimdienste und Google liebend gerne so etwas hätten. Als eine amerikanische Firma behauptet hatte, Quantencomputer bauen zu können, klopften diverse Machtmonopole bei ihr an. Allerdings war die Ankündigung wohl verfrüht.

Heutige Computer beruhen auf dem Verhalten elektronischer Bauelemente, die zwischen zwei Spannungszuständen hin und her schalten. Die Zustände können als Null und Eins interpretiert werden. Quantencomputer beruhen ebenfalls auf dem Verhalten von Bauelementen, die sich zwischen zwei Zuständen entscheiden müssen – aber nicht sofort. Sie befinden sich sozusagen gleichzeitig in zwei einander überlagerten Zuständen, jeweils mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit, und das solange, bis jemand kommt und misst: Erst dann nehmen sie den einen oder den anderen Zustand ein, sind also eindeutig Null oder Eins.

In der herkömmlichen Informatik werden mit Schaltelementen, die zu sogenannten Registern aneinandergereiht sind, beliebige Zahlen dargestellt: Jedes Element gilt dann als Bit, und ein vierstelliges Register könnte die Werte von 0000 bis 1111 einnehmen, was im Dezimalsystem den Zahlen 0 bis 15 entspricht.  Handelt es sich jedoch um Quantenelemente, Qubits genannt, nimmt jedes von ihnen beide Zustände ein, das Register stellt also sämtliche Zahlen von 0 bis 15 dar (jeweils mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit) – und mit diesen kann gleichzeitig gerechnet werden.

Ein Qubit kommt selten allein

Ein weiterer Dreh kommt hinzu. Ein Qubit mag ein Elektron sein, ein Photon, ein Atom oder etwas anderes, jedenfalls kommt es selten allein: Es kann mit anderen Qubits so verschränkt sein, dass sich die Wahrscheinlichkeiten ihrer Zustände wechselseitig beeinflussen. Sind genügend Qubits an diesem Spiel beteiligt, ergibt sich ein Riesenkomplex von aufeinander einwirkenden Nullen und Einsen, eine einzige große Rechnung, deren Ergebnis mit dem Messvorgang ausgelesen wird. Die zugrunde liegende Mathematik ist übrigens keine 200 Jahre alt ("Lineare Algebra"), also nach mathematischen Kriterien relativ rezent.

Immer wieder kommt in diesem Zusammenhang die kritisch gemeinte Frage auf, ob mit Quantencomputern das "binäre Schema" obsolet werde, also das Rechnen mit Null und Eins. Angefügt wird dann zuweilen, diese Auflösung der Welt in Ja oder Nein, Entweder-Oder sei reduktionistisch, dürr, armselig; sie werde der Wirklichkeit nicht gerecht, der Natur, dem Menschen, dem Geist oder wem auch immer.

Aber das ist mathematikblinder Quatsch. Erstens nämlich – und das beweist allein schon die Existenz von A/D-Wandlern (das sind Einheiten aus Hard- oder Software, die analoge Werte in digitale verwandeln und umgekehrt) – lässt sich mit genügend Nullen und Einsen jeder Zwischenton, jeder sanfte Verlauf, jede Grauzone nachbilden. So entstehen übrigens auch die sphärischen Synthie-Klänge der New Age Musik, die den geeigneten Soundtrack solcher Kritik am "binären Denken" darstellt.

Und zweitens ist auch mathematisch bewiesen, dass eine auf binärer Logik beruhende Rechenmaschine (für Experten: eine probabilistische Turing-Maschine) die gleichen Aufgaben wie jeder beliebig anders konstruierte Computer lösen kann, operiere er nun mit "Tribits" (0, 1, 2), mehrwertiger Logik, Differentialrechnung oder, wie Quantencomputer, mit linearer Algebra. Die Frage ist immer nur, welches Vorgehen leistungsfähiger ist. Wie gesagt: Es gibt gar keine Quantencomputer.

Quantencomputer produzieren noch größere Datenmassen

Der heilige Gral, bislang unerreicht, sind große Register aus Qubits, die sich störungsfrei aufbauen, steuern und auslesen lassen. Stattdessen sind in Physiklabors bisher nur einzelne Qubits und winzige Register arrangiert und getestet worden, allesamt kurzlebig und nur unter großem Aufwand in Szene gesetzt. Aber auch die heutigen Computer haben mal klein angefangen, oder besser gesagt riesengroß: Die ersten Transistoren ("kontaktlose Relais" genannt) maßen mehrere Zentimeter.

Quantencomputer, darüber besteht Einigkeit, werden nur auf bestimmten Gebieten des Rechnens die Champions sein. Vereinfacht gesagt werden sie dort alle Rekorde schlagen, wo sehr viele gleichartige Operationen zur gleichen Zeit nötig sind. Besonders der Hochenergiephysik und Astronomie käme das zugute.

Vielleicht wird mit Quantencomputern sogar das Ende der Fahnenstange erreicht. Denn bisher ist noch kein Problem gefunden worden, das sie nicht innerhalb vernünftiger Zeitlimits lösen könnten. Und so viel steht fest: Rechenpower lässt sich nicht bis Unendliche steigern. Denn jeder Rechenvorgang wandelt Energie um, und wir wollen ja nicht, dass sich unsere Computer in Schwarze Löcher verwandeln.

Programmieren wird Herrschaftswissen

Die Quantencomputer werden jedenfalls kommen; es ist bisher keine technische Hürde bekannt, die nicht genommen werden könnte. Mit ihnen wird das Phänomen, das wir "Big Data" nennen, zusätzliche Wucht erlangen.

Gewiss, mit der neuen Technik sind wiederum Verschlüsselungen möglich, an denen sich die Codeknacker die Zähne ausbeißen werden. Die Weisheit, dass die Codierer den Codeknackern stets einen Schritt voraus sind, wird gültig bleiben – aber die Machtverschiebung, die mit der Rechentechnik möglich wurde, hängt nicht bloß von der Kryptographie ab. Quantencomputer werden die Handlungsmöglichkeiten all jener erweitern, die von der schnellen Verarbeitung großer Datenmengen profitieren. Die rechentechnisch gestützten Machtverhältnisse werden noch stärker akzentuiert werden. Was Amazon, Google und die NSA an Daten sammeln, werden sie mit Quantencomputern ungleich schneller in Wissen verwandeln können als bisher.

Und das auf Wegen, die nicht mehr so leicht zu begreifen sind wie heute. Wer einmal im Kleinen programmiert hat, der kann ganz gut nachvollziehen, welche Power heutige Software verleiht. Doch mit dem quantenrechnerischen Paradigma entschwebt die Software der Anschaulichkeit. Es werden neue Bilder, neue Metaphern und Geschichten nötig sein, damit die Bürger sich eine Vorstellung von dem machen können, wie es um die gesellschaftlichen Mächte bestellt ist.