Aufbau des Quantencomputer IBM Q System One

Computertechnologie Ein Quantensprung für Deutschland?

Stand: 15.06.2021 18:25 Uhr

In Ehningen bei Stuttgart wurde Europas erster Quantencomputer eingeweiht. Der ultraschnelle Rechner der Firma IBM soll der Wirtschaft helfen, im Wettstreit mit China und den USA zu bestehen.

Von Michael Herr, SWR

Das "Wunderwerk der Technologie", wie Angela Merkel es nannte, ist wuchtig: Immerhin eine Grundfläche von drei mal drei Metern bei einer Höhe von drei Metern soll der Quantencomputer haben, den IBM zusammen mit der Fraunhofer-Gesellschaft am Dienstag in der Deutschland-Zentrale des IT-Konzerns in Ehningen bei Stuttgart der Öffentlichkeit präsentiert hat. Der laut IBM "leistungsstärkste Quantencomputer im industriellen Umfeld Europas" ist damit auch offiziell in Schwaben angekommen. Aufgestellt wurde er bereits letztes Jahr im November. Wegen der Pandemie konnte der Rechner erst heute eingeweiht werden.

Noch größer als der Computer sind die Erwartungen, die viele in die Anlage setzen: Einige Experten prognostizieren, dass von der Quantentechnik die nächste industrielle Revolution ausgeht. Dass Deutschland an vorderster Front dabei ist, wenn sie ausbricht, auch dafür soll der Quantencomputer sorgen. 

Lieblingsprojekt der Kanzlerin

Der neue Rechner in Ehningen trägt den Namen "Quantum System One" - und gilt als eine Art Lieblingsprojekt Merkels. Bei der Eröffnung ließ sie sich immerhin live zuschalten. Sie hat das Projekt höchstselbst eingefädelt - am Rande des Weltwirtschaftsforums in Davos 2019, bei einem Gespräch mit IBM-Chefin Ginni Rometty. Im Herbst desselben Jahres kam die Zusage: Der Computer kommt nach Deutschland.

Bis Ende 2023 werden nun zunächst die Forscherinnen und Forscher von Fraunhofer die Anlage exklusiv nutzen. Fraunhofer-Präsident Reimund Neugebauer sagte, dass man Rechnerleistungen an Forschungseinrichtungen sowie Firmen in allen Größen vermieten wolle. Auch Unternehmen sollen sich deren Forschungsergebnisse zunutze machen.

Erst kürzlich hat sich in Deutschland eine Quantenallianz führender Konzerne auf dem Gebiet gegründet. An Bord sind unter anderem BASF, SAP und VW. Insgesamt sechs Projekte wurden inzwischen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie zur Erforschung der Quanten-Technologie, möglichen Anwendungsszenarien und Algorithmen gestartet. Der Rechner ist der erste, den der US-Konzern IBM außerhalb der USA zur Verfügung stellt.

Revolution der Computertechnik

Nachdem das Potenzial von Supercomputern weitgehend ausgereizt ist, gelten Quantencomputer als neuer Hoffnungsträger für Industrie und Forschung. Überall dort, wo größere Datenmengen anfallen, etwa bei der Simulation von Molekülen oder in der Medikamentenforschung mit ihren unzähligen Variablen, haben Quantencomputer die Nase vorn. Der Grund dafür liegt in ihrer besonderen Art der Informationsverarbeitung.

Ein normaler Computer rechnet in Bits. Diese können allerdings nur zwei Zustände annehmen, 1 oder 0. Die Rechenleistung, die damit erbracht werden kann, ist daher begrenzt. Quantencomputer rechnen dagegen mit Qubits, winzigen Quantenteilchen, beispielsweise Photonen oder Elektronen. Diese können - vereinfacht gesprochen - nicht nur abwechselnd die Zustände 1 oder 0 annehmen, sondern beide gleichzeitig. Das ermöglicht ihnen, viele Rechnungen parallel durchzuführen.

Deutschland Entwicklungsland beim Quantencomputing

Bislang tauchten Deutschland und Europa auf der Weltkarte des Quantencomputing praktisch nicht auf. Das zeigt nicht zuletzt die Tatsache, dass es erst einen US-Konzern brauchte, um den ersten kommerziellen Quantencomputer nach Europa zu holen. Die großen Player im Geschäft sitzen in den USA; insgesamt 13 etablierte Unternehmen arbeiten dort derzeit an Rechnern oder dazugehörige Software, darunter klingende Namen wie Google oder Microsoft. Auch China hat riesige Summen in die Technologie investiert.

Um den Rückstand der deutschen Wirtschaft aufzuholen, hat der Staat kräftig in die Tasche gegriffen: Für das System in Ehingen werden 40 Millionen Euro bereitgestellt, finanziert vom Bund und vom Land Baden-Württemberg. Es handele sich um eine Zukunftstechnologie, mit der etwa medizintechnische Durchbrüche erreicht und die Materialforschung revolutioniert werden könne, weil sehr komplexe Berechnungen durch die Schnelligkeit der Computer möglich würden, sagte die Kanzlerin. Die Bundesregierung wolle mit ihrer Förderung von zwei Milliarden Euro bis 2025 vor allem die marktnahe Entwicklung unterstützen. Zudem will Deutschland mit einem Firmen-Konsortium in den kommenden zwei Jahren einen eigenen Quantencomputer-Demonstrator entwickeln.

In Deutschland müsse man sich die Ergebnisse der Quantentechnologieforschung jetzt "möglichst schnell" auch wirtschaftlich zunutze machen, sagte Merkel. Heißt: Neue industrielle Anwendungsfälle für die Technik müssen her. Viele Einsatzmöglichkeiten der Quantenmechanik stecken nämlich bislang allenfalls im Forschungsstadium.

Quantentechnologie verbessert Krebsdiagnostik

Welches Potenzial die Technik hat, sieht man schon heute beim Start-up "NVision" in Ulm. 30 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus neun Nationen arbeiten hier. Sie eint das Wissen und die Neugier für Quantenphysik. Deren Prinzipien machen sie sich für neue Diagnoseverfahren zu nutzen, mit denen Krebserkrankungen besser und früher erkannt werden können. Dazu nutzen sie einen zuckerähnlichen Wirkstoff, der im Magnetresonanztomographen Krebszellen erkennbar macht.

"Wir machen Zucker sichtbar, indem wir Signale, die er aussendet, mit der Quantentechnologie zehntausendfach vergrößern." erklärt Ilia Schwartz, einer der Gründer von "NVision" und einer der renommiertesten Quantenwissenschaftlern überhaupt. Mit der neuen Technik könnten Tumordiagnosen bald ohne den Einsatz radioaktiver Kontrastmittel erfolgen. Und Ärztinnen und Ärzte bekämen tiefe Einblicke in erkranktes Gewebe wie nie zuvor: Tumore könnten früher erkannt werden, Erfolg oder Misserfolg von Therapien festgestellt werden.

Dass solche Erfolgsgeschichten der Quantentechnologie in Deutschland noch häufiger werden, auch dafür soll der neue Rechner sorgen. Allerdings ist auf dem Weg dorthin ein weiteres Problem zu beseitigen: Bislang mangelt es hierzulande an einer ausreichenden Zahl von Programmiererinnen und Programmierern, die das Potenzial der neuen Maschine ausnutzen können.

Über dieses Thema berichtete die tagesschau am 15. Juni 2021 um 17:00 Uhr.