Mit den Quantencomputern stehen wir am Anfang einer vollkommen neuen Computergeneration. Durch sie verspricht man sich schneller zu Lösungen zu kommen und bisher nicht erreichbare Potenziale in Industrie und Gesellschaft zu erschließen. Von Christoph Berger
Quanteninformatiker Jun.-Prof. Dr. Sevag Gharibian von der Universität Paderborn möchte mit einem neuen Forschungsprojekt einen Beitrag zum besseren Verständnis der Quantencomputer leisten, den neuen Superrechnern. Dieser auf uns zukommenden Computergeneration wird prophezeit, dass sie herkömmliche PCs alt aussehen lässt und Probleme lösen wird, an denen selbst die besten Superrechner bislang scheitern. Nicht umsonst leisten sich die großen Tech-Unternehmen aktuell einen Wettkampf um die Entwicklung der Megarechner. Diese Aufgabe ist herausfordernd, sind Quantencomputer doch schwer zu bauen und zu programmieren. Gharibian will untersuchen, wie sich mithilfe von Quantensystemen die physikalischen Eigenschaften und Prozesse der Natur berechnen lassen. „In der Quanteninformatik arbeiten wir daran, die nächste Computergeneration zu bauen. Heutige Rechner basieren auf der klassischen Mechanik und rechnen mit Bits. Quantencomputer dagegen funktionieren auf Basis der Quantenmechanik und rechnen mit Quanten-Bits, meist Qubits genannt“, erklärt er. Während die klassische Mechanik mathematisch beschreibt, wie groß oder makroskopisch sich Objekte verhalten, widmet sich die Quantenmechanik der Welt des Allerkleinsten: Sie untersucht die mathematischen Gesetze, die bestimmen, wie klein oder subatomar Objekte wie Photonen, also winzige Lichtteilchen, agieren. Als bildhaften Vergleich wählt Gharibian einen Tennisball in Bewegung: Er kann nur an einem Ort sein und einen Zustand annehmen; kleine Objekte wie Elektronen dagegen können gleichzeitig an verschiedenen Orten und in verschiedenen Zuständen existieren. Übertragen auf die Welt der Computer bedeutet das, dass im Chip eines normalen PCs ein Bit durch einen Prozessor, ein klassisches Objekt, modelliert wird. Durch den Prozessor fließt entweder Strom oder nicht. Bei „Strom an“ nimmt das Bit den Zustand 1 an, bei „Strom aus“ den Zustand 0. Im Quantencomputer dagegen ist der Prozessor durch beispielsweise ein Elektron, ein subatomares Objekt, ersetzt. Das Bit wird dann durch das Elektron modelliert, Teil des Elektrons und zum Qubit. Das Qubit kann wie das Bit den Zustand 1 oder 0 annehmen – aber auch gleichzeitig im Zustand 1 und 0 sein sowie in theoretisch unendlichen Zuständen dazwischen. Genau diese auf den ersten Blick schwer greifbare Fähigkeit der Qubits macht Quantencomputer schneller und leistungsfähiger als bisherige Rechner.Quantencomputer sind derzeit zum einen für die Verarbeitung großer Datenmengen und im Bereich der Kryptographie, der Wissenschaft der Verschlüsselung von Informationen, interessant.„Quantencomputer nutzen außerdem das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung“, erzählt der Informatiker. So können Qubits quantenverschränkt, also miteinander verknüpft sein. Wird ein Qubit in einen bestimmten Zustand gebracht, ändert sich auch der Zustand der anderen mit ihm verbundenen Qubits. Das geschieht mit Überlichtgeschwindigkeit. Wenn mehrere Qubits miteinander quantenverschränkt sind, kann auch der Quantencomputer mit Überlichtgeschwindigkeit und damit deutlich schneller als aktuelle Computer rechnen. „Quantencomputer sind derzeit zum einen für die Verarbeitung großer Datenmengen und im Bereich der Kryptographie, der Wissenschaft der Verschlüsselung von Informationen, interessant – beispielsweise mit dem sogenannten Shor-Algorithmus, der Mittel der Quanteninformatik nutzt. Zum anderen könnten uns Quantencomputer dabei unterstützen, die Eigenschaften der Materie besser zu verstehen. Dadurch ließen sich etwa neue Medikamente entwickeln und neuartige Nanomaterialien designen“, erklärt der Wissenschaftler. Allerdings ist vieles davon laut Gharibian noch Zukunftsmusik, denn die Entwicklung der Quantencomputer steckt noch in den Kinderschuhen. Forschern in Bristol ist es allerdings in Kooperation mit der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) im Bereich der absolut abhörsicheren und nicht entschlüsselbaren Kommunikation gelungen, ein Netzwerk aufzubauen, das quantenverschlüsselte Kommunikation zwischen acht Teilnehmern erlaubt. „Wir nutzen eine zentrale Quelle für verschränkte Photonen, mit der die acht Netzwerkteilnehmer über Glasfasern verbunden werden. Die Detektoren der einzelnen Teilnehmer waren für das Experiment alle im selben Raum, aber die Glasfasern, über die die Photonen ausgetauscht werden, verliefen über mehrere Kilometer durch ganz Bristol“, sagt Sören Wengerowsky, der für das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW am Experiment beteiligt war. Die Quantenverschlüsselung im Netzwerk funktioniert, indem die zentrale Quelle verschränkte Photonenpaare erzeugt und dann separiert an die Netzwerkteilnehmer verteilt. Diese messen, wann Photonen eintreffen und veröffentlichen die Ankunftszeiten. Doch auch dieses Beispiel zeigt, dass die Quanteninformatik noch am Anfang steht. Ebenso die Bekanntgabe einer Kooperation zwischen der Fraunhofer- Gesellschaft und IBM aus dem März dieses Jahres, die den Zugriff der hiesigen Wirtschaft und Wissenschaft auf einen IBM-Quantencomputer zum Inhalt hat. So sollen die Technologie, Anwendungsszenarien und Algorithmen erforscht und der Kompetenzaufbau sowie Wettbewerbsvorteile generiert werden.
Europa und im Speziellen Deutschland befindet sich derzeit im weltweiten Forschungswettlauf auf Augenhöhe mit den USA und China.Im Rahmen der Zusammenarbeit wird ein IBM Q System One Quantencomputer in einem Rechenzentrum von IBM Deutschland bei Stuttgart installiert. Das System soll zu Jahresbeginn 2021 in Betrieb gehen und wird das erste seiner Art in Europa sein. Fraunhofer plant, etablierte Partner aus Forschung und Industrie unter dem Dach einer Forschungsinfrastruktur von Fraunhofer-Instituten zusammenzubringen, die als Kompetenzzentren in einem zentral koordinierten nationalen Fraunhofer- Kompetenznetzwerk für Quantencomputing zusammenarbeiten. Dieses hat sich die Weiterentwicklung und den Transfer anwendungsorientierter Quantencomputerstrategien unter vollständiger Datenhoheit nach europäischem Recht zum Ziel gesetzt und wird zunächst mit Kompetenzzentren in voraussichtlich sechs Bundesländern vertreten sein – Baden-Württemberg, Bayern, Rheinland-Pfalz, Berlin, Hessen und Nordrhein-Westfalen. Immerhin: „Europa und im Speziellen Deutschland befindet sich derzeit im weltweiten Forschungswettlauf auf Augenhöhe mit den USA und China. Das dynamische Wachstum und die vielen offenen Forschungsfragen bedeuten jedoch auch, dass es einer kontinuierlichen Forschungsförderung dieses Gebietes bedarf, um die im internationalen Vergleich gute Ausgangsposition zu halten und auszubauen“, sagt Prof. Dr. Christian Bauckhage, wissenschaftlicher Direktor des Fraunhofer-Forschungszentrums Maschinelles Lernen. Und was bedeutet das für Absolventen, stellt das Thema doch ein Zusammenspiel der Fächer Physik, Mathematik und Informatik dar? Klar ist, dass die Quantentechnologie die Zukunft entscheidend mitgestalten wird. Und da das Bundesministerium für Bildung und Forschung gezielt daran arbeitet, das Bildungsangebot mit der -nachfrage im Bereich der Quantentechnologie in Deutschland enger aufeinander abzustimmen, verheißt das hohe Bedarfe – vor allem um die Technologie von der Wissenschaft in die Praxis zu überführen.
Studiengänge zur Quantentechnologie:
- Quantum Engineering (M.Sc.) an der Universität des Saarlands
- Masterstudiengang Quantum Science & Technology an der Technischen Universität München
- Master Quantum Engineering an der ETH Zürich
- Physik – Master of Science an der Universität Konstanz



Für Stanni ist es ein guter Tag. Er spielt ein paar Runden in seinem Lieblingsgame, stellt sogar fast einen Rekord auf. Doch dann verändert sich plötzlich die Spielwelt: Probleme treten auf. Er will sich ausloggen, doch es geht nicht. Stanni steckt fest – mitten in einem Videospiel! Mit einem Mal verspürt er Hunger und Durst, kann schmecken und riechen. Und sich verletzen. Was wie ein ganz normaler Tag begann, wird zum größten Abenteuer seines Lebens. Er ist gefangen im Tal Royal. Um wieder in die echte Welt zurückzukehren, muss Stanni herausfinden, was es mit den Fehlern im Spiel auf sich hat. Und er muss sich beeilen. Autor des Buchs „Voll verglitcht!“ ist Standart Skill, einer von Deutschlands bekanntesten Youtubern. Standart Skill: Voll verglitcht! Riva 2020, 14 Euro.
Ein neues Land – das klingt wie eine Verheißung. Tatsächlich ist es längst da, dieses neue Land, nur muss es endlich sichtbar werden. Verena Pausder entwirft in ihrem Buch eine faszinierende Skizze der Zukunft, mutig und konsequent. Es ist der Entwurf eines Landes, das nicht mehr auf den Wohlstand der Vergangenheit setzt, sondern mit neuen Technologien, neuen Lebensentwürfen – und vor allem neuen Ideen – das Leben von uns allen verändern wird. „Das Neue Land“ ist so etwas wie die Grundsatzerklärung einer Generation, die endlich Verantwortung übernehmen und den gesellschaftlichen, politischen und ökologischen Umbau weiter vorantreiben will. Dass wir etwas ändern müssen, dass wir digitaler, innovativer, flexibler, neugieriger, mutiger und menschlicher werden müssen, ist bekannt – es mangelt nur an der Umsetzung. Verena Pausder: Das neue Land. Murmann 2020, 20 Euro.
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Digitalisierung ist der revolutionäre, quasireligiöse Mythos unserer Zeit. Eine von künstlicher Intelligenz übernommene, in Nullen und Einsen pulverisierte Welt ist das dominante Narrativ. Es fokussiert vor allem auf technische und ökonomische Effizienzsteigerung. Es betrachtet hauptsächlich Märkte, Wettbewerbsdynamiken und den technischen Fortschritt. Doch welche Auswirkungen hat die Digitalisierung für den einzelnen Menschen, für die Gesellschaft? Wie viel Digitalisierung wollen wir in unserem Leben? Oder besser gesagt: wie wollen wir eigentlich leben? Antworten liefert das neue Buch von Andreas Philipp und David Christ. Es lotet die Digitalisierung in einem breiten gesellschaftlichen und sozialethischen Kontext aus und untermauert diesen mit interdisziplinären wissenschaftlichen Erkenntnissen. Anschaulich zeigt es konkrete und attraktive Möglichkeiten für das eigene Handeln und Entscheiden. Andreas Philipp, David Christ: Postdigital. BusinessVillage 2020, 36,95 Euro.
Künstliche Intelligenz ist heute überall. Sie steckt im Smartphone, in medizinischen Geräten oder im Kühlschrank. Sie säubert unseren Haushalt und überwacht Aktienkurse. Auch künstlerische Prozesse werden immer häufiger automatisiert: Maschinen erschaffen Skulpturen, komponieren Musikstücke oder malen Bilder, die für viel Geld versteigert werden. Und natürlich schreiben sie auch Texte. Aber was heißt es, wenn wir sagen, dass eine Maschine kreativ ist? Dadurch, dass in poesie.exe zunächst die Hinweise auf die Urheberschaft des jeweiligen Textes fehlen, kommt es zu einer Art literarischem Turing-Test. Lässt sich noch unterscheiden, ob ein Text von einem Computerprogramm oder einem Menschen verfasst wurde? Und: Spielt das am Ende überhaupt eine Rolle? Dieses Buch enthält Texte von menschlichen Autorinnen und Autoren sowie von Maschinen. Fabian Navarro (Hrsg.): poesie.exe – Texte von Menschen und Maschinen. Satyr 2020, 14 Euro.


Oswalds aktueller Roman „Vorleben“, erschienen 2020, erzählt von der noch recht frischen Beziehung einer Journalistin mit einem Musiker, die auf die Probe gestellt wird, als die Protagonistin bei ihrer Recherche auf beunruhigende Informationen aus der Vergangenheit ihres Partners stößt. Wie sehr kann das „Vorleben“ die Gegenwart belasten? Zum Thema Recht hat Oswald neben „55 Gründe, Rechtsanwalt zu werden“ 2018 das Buch „Unsere Grundrechte. Welche wir haben, was sie bedeuten und wie wir sie schützen“ veröffentlicht.