Die Quantenphysik dagegen erlaubt etwas Unerhörtes: In der Mikrowelt kann eine Kirsche gleichzeitig auf der Torte liegen und nicht daraufliegen. Ein Atom kann sich an mehreren Orten gleichzeitig aufhalten. Ein Elektron kann zugleich Welle und Teilchen sein. Ein Bit kann zugleich 0 und 1 sein. Erwin Schrödinger, einer der Väter der Quantentheorie, fand diese Vorstellung vor 80 Jahren so lächerlich, dass er die Kollegen mit dem Gedankenexperiment einer zugleich toten und lebendigen Katze zu provozieren versuchte. Es half nichts, die Quantentheorie blieb bizarr. Die Physiker sprechen von Überlagerungszuständen: In den Bits eines Quantencomputers – Qubits genannt – sind 0 und 1 zu einem Zwitterzustand überlagert.

Streng genommen basiert auch ein herkömmlicher Computer (ebenso wie Menschen, Tische und der Rest des Universums) auf der Quantenphysik, denn alle Materie besteht aus Atomen. Aber wenn viele der Teilchen auf einem Haufen sind, folgen sie meistens den statistischen Gesetzmäßigkeiten der klassischen Physik.

Das große Versprechen des Quantencomputers ist nicht nur, dass die Maschine mehr Informationen auf weniger Platz speichern kann, wie Justin Trudeau andeutete. Sondern dass der Quantencomputer einige Aufgaben sehr viel schneller lösen kann als ein klassischer Computer. Weil er dank Überlagerungszuständen nämlich viele Zahlen gleichzeitig verarbeitet, während ein klassischer Rechner alle Rechenschritte nacheinander ausführt. "Die Magie der Quanten sind die exponentiell steigenden Möglichkeiten", sagt Chris Monroe von der Universität Maryland. "Ein einzelnes Qubit ist noch recht banal, aber mit 300 Qubits hat man 2 hoch 300 Kombinationsmöglichkeiten, mehr als Teilchen im Universum." So viele Zahlen kann ein klassischer Computer unmöglich verarbeiten.

In den achtziger Jahren waren Quantencomputer ein Abenteuerspielplatz für kauzig-geniale Physiker, die gerne nachts arbeiten und sich auch für Paralleluniversen begeistern. Doch dann machte ein Mathematiker an den Bell Labs eine Entdeckung, die das Thema 1994 auf den Radarschirm der Geheimdienste rückte: Peter Shor zeigte, wie ein Quantencomputer große Zahlen in Faktoren zerlegen könnte, die Primfaktorzerlegung. Um eine 232-stellige Zahl zu faktorisieren, bräuchte ein herkömmlicher Computer 1.500 Jahre, ein Quantencomputer wäre theoretisch nach einem Tag fertig.

Das fasziniert nicht nur Mathematiker. Denn wer die Primfaktorzerlegung meistert, kann die verbreitete Verschlüsselungsmethode knacken, mit der auch WhatsApp seine Nachrichten codiert. Statt alle Schlüssel nacheinander zu probieren, könnte ein Quantencomputer sie gleichzeitig testen.

"Ich war 1994 bei dem ersten Treffen in Washington, wo über eine staatliche Forschungsförderung gesprochen wurde", erzählt Seth Lloyd in Heidelberg, der Physiker mit dem Hut. "Plötzlich stand ein Mann auf und sagte: ›Ich bin Keith Miller von der NSA. Ich bin autorisiert, Ihnen mitzuteilen, dass die NSA sich für Quantencomputer interessiert.‹ Die Leute in dem Raum waren alle total von den Socken, jeder sagte: Wahnsinn, die NSA hat gerade etwas zugegeben."

Als Edward Snowden knapp 20 Jahre später die NSA-Dokumente an Journalisten übergab, wurden Details bekannt. Die Erforschung eines "kryptografietauglichen Quantencomputers" war demnach Teil des 80 Millionen Dollar teuren NSA-Programms "Penetrating Hard Targets". "Hard" für schwierig.

Am Steilhang

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Ohne Hardware geht es nicht weiter. Am Berg sind das Steigeisen, Helm, Seil. Im Labor Vakuumanlagen, Laser, Elektronik. Die Überlagerungszustände der Quantenwelt sind extrem empfindlich. Schon Zusammenstöße mit einzelnen Luftmolekülen können sie zerstören. Erst in den neunziger Jahren war die Technik weit genug fortgeschritten, um sie routinemäßig herzustellen.

Als erstes Bauteil eines Quantencomputers dienten zwei geladene Atome (Ionen) am National Institute of Standards and Technology in Boulder. Sie schwebten, fixiert von Magnetfeldern, in einer Vakuumkammer von der Größe einer Mikrowelle. Als Qubits dienten zwei Energiezustände des einen Ions sowie zwei unterschiedliche Schwingungsbewegungen beider Ionen. Das "Computerprogramm" bestand aus einer Folge von Laser-Lichtblitzen, die die Überlagerungszustände erzeugten. So entstand ein kontrolliertes Quanten-NICHT-Gatter, das den Zustand 10 in 11 überführte, 11 in 10, 01 in 01 sowie 00 in 00 (das erste Bit kontrolliert, ob das zweite Bit negiert wird). Theoretiker hatten gezeigt, dass man aus solchen Quantengattern jeden Quantencomputer bauen könnte.

Laborleiter David Wineland bekam später den Nobelpreis, sein Mitarbeiter Chris Monroe eine Professur in Maryland. Man konnte allerdings daran zweifeln, dass ein Quantencomputer jemals einem Geheimdienst nutzen würde: Es brauchte sieben Wissenschaftler, 50 Quadratmeter Laborfläche und zahlreiche Vakuumpumpen, Laser und Computer, um diese beiden Ionen zu kontrollieren. Kritiker lästerten über "Quantendesinformation", Forschungspropaganda, die nur dem Absaugen von Fördergeldern diene.

Andererseits: Hatte das Digitalzeitalter nicht ähnlich begonnen? Der IBM 701 von 1952 war groß wie ein Kleiderschrank und hatte eine Speicherkapazität von 10 Kilobyte. Als Bits wurden walnussgroße Elektronenröhren verwendet. IBM-Chef Thomas Watson rechnete mit fünf Bestellungen. (Daraus wurde die Legende, Watson habe einen Weltmarkt von fünf Computern prophezeit). 18 Maschinen verkaufte IBM schließlich: an Rüstungsfirmen, Universitäten und – die NSA.

Geschichte wiederholt sich nicht, heißt es. Gilt das auch für Technikgeschichte? Oder könnte der Quantencomputer die digitale Welt erneut revolutionieren?