Der Fortschritt am Steilhang ist eine Schnecke. Viele Jahre tüftelten die Experimentalphysiker vor sich hin. Chris Monroe versucht, immer mehr Ionen mit miniaturisierten Ionenfallen zu kontrollieren. "Atome sind perfekte Qubits", sagt er: "Eins ist genau wie das andere, ein Geschenk Gottes, wenn man so will." Google und IBM bauen künstliche Qubits mithilfe supraleitender Schaltkreise, in denen ein Strom zugleich links (= 0) und rechts herum (= 1) fließen kann. Die Qubits sind alle etwas unterschiedlich, und die Technik muss auf minus 273 Grad gekühlt werden, ein Nachteil. Andere Forscher verwenden einzelne Stickstoffatome in einer dünnen Schicht Diamantkristall als Qubits. Das geht auch bei Zimmertemperatur, aber die Kopplung mehrerer Qubits ist kompliziert.

Der steinige Pfad dieser Grundlagenforschung wird 2007 durch ein kleines Erdbeben erschüttert. Die kanadische Firma D-Wave Systems behauptet, sie habe einen Quantencomputer aus 16 Qubits gebaut, der Sudoku-Rätsel lösen könne. Da die Firma ihre Experimente nicht in Fachzeitschriften veröffentlicht, lassen sich die PR-Meldungen jedoch nicht überprüfen. Im Jahr 2011 verkauft D-Wave dann eine Maschine mit angeblich 128 Qubits an die Rüstungsfirma Lockheed Martin, 2013 bestellen Google und die Nasa zusammen ein Gerät. Hatte das Start-up den Nobelpreisträgern ein Schnippchen geschlagen?

John Martinis war Mitglied des Google-Teams, das die Maschine unter die Lupe nahm. Er formuliert es diplomatisch: "Ich zolle D-Wave Respekt dafür, dass sie eine Idee hatten und etwas ausprobiert haben. Am Ende sind einige ihrer Annahmen nicht aufgegangen, aber das kann ja noch passieren." Der Theoretiker Scott Aaronson sagt: "Die Belege, dass die D-Wave-Maschine irgendein Problem schneller löst als ein traditioneller Computer, sind schwach bis nicht vorhanden."

D-Wave ist die Firma, mit der auch Volkswagen kooperiert. Man wolle mit dem Rechner die Verkehrsströme von Peking simulieren, verkündeten beide Firmen auf der diesjährigen Cebit. "Ich wäre überrascht", sagt Aaronson, "wenn dabei irgendeine Quanten-Überlegenheit herauskommt, die für einen Autohersteller nützlich wäre. Wenn wir trotzdem Behauptungen über beeindruckende Leistungen hören werden, dann wäre es nicht das erste Mal in Volkswagens jüngerer Vergangenheit." Kleine Anspielung auf den Dieselskandal.

Auf zum Gipfel

Jetzt wird es zugig: Diese Theorie müssen Sie meistern, um auf der Höhe der Zeit anzukommen

Die Teilnehmer dieser Expedition müssen jetzt stark sein, denn der Gipfel liegt im Nebel. Zur Motivation noch mal die Versprechen: Quantencomputer sollen große Zahlen in Faktoren zerlegen und geheime Botschaften knacken. Google erhofft sich eine Revolution in der künstlichen Intelligenz. IBM will chemische Reaktionen berechnen, an deren Simulation selbst Supercomputer scheitern. Volkswagen setzt auf das "enorme Rechenpotenzial eines Quantencomputers", um den Verkehrsfluss in Megacitys zu verstehen.

Und wo stehen wir heute? Physiker in Innsbruck und am MIT haben eine Ionenfalle mit fünf Kalzium-Ionen gebaut und die Zahl 15 in 3 mal 5 faktorisiert. Google testet laut John Martinis gerade einen Chip mit 22 Qubits und träumt von 49 Qubits im kommenden Jahr. IBM hat einen Prototyp mit 20 supraleitenden Qubits entwickelt, den jeder über das Internet programmieren kann. Chris Monroe hat eine Firma ausgegründet, um Quantencomputer mit miniaturisierten Ionenfallen zu entwickeln. "Niemand glaubt ernsthaft, dass man mit 50 Qubits etwas Nützliches machen kann", sagt er. "Wir brauchen eine Vision für ein Gerät mit 500 oder 5.000 Qubits."

Doch je mehr Qubits an den Rechnungen beteiligt sind, desto störanfälliger sind die fragilen Überlagerungszustände. 100 verschränkte Qubits können nicht mehr so leicht isoliert werden wie ein einzelnes Qubit. Aus einem ähnlichen Grund zeigen auch ein Tennisball oder eine Erbse keine Quanteneigenschaften wie ein Elektron: Wo Trilliarden Atome zusammenkommen, übernimmt die klassische Physik Newtons das Regime. Außerdem: Je mehr Qubits an einer Rechnung beteiligt sind, desto mehr Fehler schleichen sich ein. "Quantenfehlerkorrektur" ist inzwischen ein florierendes Teilgebiet innerhalb der Quanteninformatik.

Die Hoffnung ruht nun auf der Idee, viele Qubit-Kollektive mithilfe einzelner Lichtteilchen, Photonen, zu einem Netzwerk zu verbinden. Denn auch Atome und Photonen, also Materie und Licht, können gemeinsame Überlagerungszustände bilden, die sogar den Transport durch Glasfaserkabel überstehen. Eines Tages könnte man vielleicht auch Quantencomputer auf diese Weise vernetzen. Als die Heidelberger Forschergemeinde eine Bootsfahrt auf dem Neckar unternimmt, diskutiert Googles Internet-Chefmissionar Vint Cerf jedenfalls schon mal mit einer Physikerin aus Singapur über ein Quanteninternet.

Es gibt ein Grundsatzproblem: Noch ist nicht bewiesen, dass ein Quantencomputer einem gewöhnlichen Rechner prinzipiell überlegen ist. Das wurde zwar für Spezialaufgaben wie die Primfaktorzerlegung gezeigt. Auch das "Problem des Handlungsreisenden" – verbinde viele Adressen auf dem kürzesten Weg – scheint ein Quantencomputer deutlich schneller lösen zu können. Aber auch die klassischen Algorithmen lassen sich verbessern. Die Mathematiker hätten jedenfalls gerne einen Beweis, dass Quantencomputer Aufgaben lösen können, an denen Supercomputer scheitern. "Quantum Supremacy" heißt das Projekt, ein Begriff, den Scott Aaronson inzwischen ziemlich unglücklich findet: "Im November letzten Jahres hörte es auf, lustig zu sein." Seit Donald Trump Präsident ist, wird supremacy (Überlegenheit) oft mit white assoziiert.

Niemand kann also derzeit sagen, ob Quantencomputer wirklich die Erwartungen erfüllen können, die in den Forschungsanträgen, Blogs und Nachrichten geweckt werden. Der Quantencomputer ist wie der Yeti: sehr hypothetisch, aber trotzdem gut, um anderen Angst einzujagen. Die NSA appellierte im vergangenen Jahr an Behörden und Industrie, ihre Daten besser zu verschlüsseln, um Angriffe durch Quantencomputer abwehren zu können. Das National Institute of Standards and Technology solle Verschlüsselungsalgorithmen entwickeln, "die einer Quantenattacke widerstehen können". Quantum heißt auch die kriminelle Geheimorganisation in zwei James-Bond-Filmen. Passt doch.

Vielleicht bleibt der Quantencomputer ein unerreichbares Luftschloss. Macht nichts. Auf dem Weg dorthin kann man eine Menge lernen. "Kümmert euch nicht um Anwendungen!", rief Scott Aaronson den Nachwuchsforschern in Heidelberg zu. "Für mich ist die wichtigste Anwendung nur eine: jene Leute zu widerlegen, die einen Quantencomputer für unmöglich halten." Später stiegen sie in die Autos und fuhren nach Speyer. Ins Technikmuseum.

Die Quellenangaben zum ZEIT-Wissen-Artikel finden Sie hier.