Bisher sorgen Google und IBM mit ihren Quantencomputern für Aufsehen. Und Deutschland und Europa drohen von ihrer Technologie abhängig zu werden. Doch nun tut sich etwas. Die Bundesregierung will mindestens zwei Quantencomputer in Auftrag geben. Und Wissenschaft, Start-ups und Konzerne wollen gemeinsam die Aufholjagd aufnehmen. Auch nach München könnte ein Quantencomputer kommen.
Von Wolfgang Kerler
Vielleicht hat der Medienhype, den Google im vergangenen Herbst erzeugte, der deutschen Politik noch weiter auf die Sprünge geholfen. Damals verkündete der Konzern die Quantenüberlegenheit, die Quantum Supremacy . Zum ersten Mal sollte es einem Quantencomputer gelungen sein, ein Problem deutlich schneller zu lösen, als es ein klassischer Computer könnte. In nur 200 Sekunden führte Googles Quantenprozessor Sycamore demnach eine Berechnung durch, die einen aktuellen Supercomputer überfordert hätte. 10.000 Jahre hätte der dafür gebraucht, sagt Google.
Die – bis dahin nur in der Theorie – höhere Leistung und die Fähigkeit, riesige Datenmengen viel schneller als „herkömmliche“ Rechner zu verarbeiten, verdanken die Quantencomputer der Tatsache, dass sie nicht mit Bits als kleinsten Speichereinheiten operieren. Sie arbeiten stattdessen mit Quantenbits oder Qubits. Und die können, anders als Bits, nicht nur die Werte 0 und 1 annehmen, sondern auch die Überlagerungszustände dazwischen.
Bisher ist es allerdings nicht gelungen, Quantencomputer mit vielen Qubits zu konstruieren. Googles Sycamore und IBMs Q System One führen mit jeweils 53 die Weltrangliste an. Für Systeme, die wirklich universell einsetzbar sind, bräuchte es wohl mehrere Größenordnungen zusätzlicher Qubits. Noch dazu sind Quantencomputer recht fehleranfällig. Sie befinden sich also noch im Experimentierstadium. Doch der Durchbruch von Google hat bewiesen, dass es Fortschritte gibt – und Quantencomputer in naher Zukunft echten Mehrwert liefern könnten.
Die Pharmaindustrie und die Biotechnologie könnten profitieren, weil neue Moleküle am Quantencomputer effizienter simuliert werden könnten. Das würde auch der Autoindustrie bei der Entwicklung besserer Batterien helfen. Überall, wo Dinge optimiert werden müssen, – von der Verkehrssteuerung in Städten, über das Management von Finanzportfolios bis zur Terminalbelegung am Flughafen – könnten Quantencomputer zum Einsatz kommen. Oder, um noch bessere Künstliche Intelligenzen mittels Machine Learning zu erschaffen.
Will man den amerikanischen IT-Konzernen oder den chinesischen Unternehmen, die nach eigenen Angaben ebenfalls Milliardensummen in die Entwicklung von Quantencomputern stecken, dieses lukrative Feld überlassen? Die Antwort aus Europa lautet offenbar: nein.
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Zwei Milliarden Euro und mindestens zwei Quantencomputer
Zwar steht schon seit einigen Monaten fest, dass IBM in Stuttgart ein Exemplar seines Q System One aufstellen wird – in Kooperation mit der Fraunhofer Gesellschaft uns schon bis Anfang 2021. Doch auch der erste komplett in Europa entwickelte Quantencomputer, der im internationalen Vergleich führend sein soll, entsteht derzeit. Unter dem Projektnamen: OpenSuperQ arbeiten daran zehn Forschungseinrichtungen und Unternehmen. Ihr Ziel ist ein System mit bis zu 100 Qubits, das bis Ende 2021 in Jülich laufen soll. Nun sieht es so aus, als könnte Deutschland sogar noch mehr Quantencomputer bekommen.
Denn die Bundesregierung stockt ihre Mittel zur Förderung der Quantentechnologie deutlich auf. Bisher plante sie für die laufende Legislaturperiode 650 Millionen Euro ein. Doch dann kam die Corona-Pandemie – und das Konjunkturprogramm, um dessen wirtschaftliche Folgen abzumildern und Deutschlands Zukunftsfähigkeit zu steigern. Und darin steht auch das Ziel, Deutschland wirtschaftlich und technologisch an die Weltspitze der Quantentechnologie zu führen. Dafür stellt der Bund weitere zwei Milliarden Euro bereit – und „wird unmittelbar den Auftrag zum Bau von mindestens zwei Quantencomputern an geeignete Konsortien vergeben“.
Einen davon würde gerne das Start-up IQM mit Sitzen in Deutschland und Finnland bauen. Für ihren Chef und Gründer Jan Goetz sind die Pläne der Bundesregierung „ein sehr starkes und sehr gutes Signal“, wie er im Gespräch mit 1E9 erzählt. „Außerdem sehen wir inzwischen ein ernsthaftes Interesse der deutschen Industrie, die das Potential von Quantencomputern erkannt hat. Wir sollten dieses Momentum daher auf jeden Fall nutzen.“ Den idealen Standort für seinen Quantencomputer hat Jan Goetz schon im Blick: München. Dort hat IQM Anfang des Jahres eine Tochtergesellschaft gegründet.
In der Stadt haben große Unternehmen, die als potenzielle Nutzer für Quantenhardware und -software in Frage kommen, ihre Zentralen oder Zweigstellen: BMW, Airbus oder Versicherungen. Dazu kommen viele Investoren und die starke wissenschaftliche Community: das Max-Planck-Institut für Quantenoptik, verschiedene Lehrstühle der Ludwigs-Maximilians-Universität , sowie das Walter-Meißner-Institut für Tieftemperaturforschung der Technischen Universität, das über langjährige Erfahrung im Bereich supraleitender Schaltkreise verfügt, wie sie auch IQM nutzt. Deshalb könnte dort auch gemeinsam mit dem Start-up ein erster experimenteller Prototyp gebaut werden.
Für eine professionelle Nutzung eines Quantencomputers steht in Garching bei München das Leibniz-Rechenzentrum bereit, kurz: LRZ, das mit dem SuperMUC-NG über einen der stärksten Supercomputer der Welt verfügt. „Da Quantencomputer aus meiner Sicht eine Ergänzung zu klassischen High-Performance-Rechnern sind, sollte der finale Computer auch in einem Hochleistungsrechenzentrum aufgebaut werden“, sagt Jan Goetz. „Und die gibt es in Jülich, Stuttgart und eben Garching bei München.“
Auch Dieter Kranzlmüller, Professor für Informatik und Direktor des LRZ, hält München für den idealen Standort für einen Quantencomputer made in Europe . „Wir haben hier alles, was ein erfolgreiches Ökosystem braucht. Das gibt es in der Welt sonst an kaum einem anderen Ort“, sagt er zu 1E9. „Wir brauchen jetzt aber die Politik, um loszulegen.“
Ein europäisches SpaceX für Quantencomputer?
Sowohl Dieter Kranzlmüller als auch Jan Goetz hoffen, dass die Bundesregierung einen Quantencomputer für München in Auftrag gibt. Und das bald. Denn noch könnte man die amerikanische Konkurrenz einholen. Oder sogar überholen. „Die Frage ist doch, ob wir einfach versuchen sollen, IBM und Google zu kopieren? Oder ob wir nicht besser Ansätze verfolgen sollten, mit denen wir IBM und Google durch einen sehr effizienten Technologiesprung überholen könnten“, sagt Jan Goetz.
Um das zu schaffen, brauche es aber einen gemeinsamen Kraftakt: die europäischen Universitäten und Forschungseinrichtungen müssten zusammen mit Start-ups die Technologie immer weiter vorantreiben, die Industrie, zum Beispiel Auto-, Pharma- oder Finanzkonzerne, müsste in Pilotprojekten erste Anwendungsfälle erproben. Und der Staat sollte die Rolle übernehmen, die die NASA beim Aufbau des Weltraum-Start-ups SpaceX spielte, meint Jan Goetz. „Damit meine ich, dass starke Start-ups öffentliche Aufträge bekommen, um zu wachsen, und außerdem öffentliche Infrastruktur nutzen könnten“, erklärt er. „Im Fall von SpaceX waren das die Abschussrampen der NASA.“
Rund um den oder die europäischen Quantencomputer könnten neue Start-ups entstehen, es könnten sich neue Möglichkeiten für Spitzenforscher aus der ganzen Welt eröffnen, die Industrie hätte die Chance, bessere Produkte zu entwickeln. „Die Hardware ist nur der Anfang“, sagt Dieter Kranzlmüller. Vielleicht kann auch sein LRZ bald für internationales Aufsehen sorgen – weil dort ein Quantencomputer errichtet wird, der es irgendwann mit IBM oder Google aufnehmen kann.
Titelbild: So könnte der IQM-Quantencomputer aussehen, der in München gebaut werden könnt. Rendering: IQM