Weltmarktführer Innovation Day: „Die Quantenrevolution ist da“
Es gibt Wörter, die so lange nach Zukunft klingen, dass man dann fast den Moment verpasst, wenn die Gegenwart sie plötzlich einholt. Quantentechnologie, zum Beispiel. 100 Jahre nach der Entdeckung der Quantenmechanik erlebt sie ihre zweite Revolution. Einige mag das überraschen – andere haben sich seit Jahren darauf vorbereitet.
Annika Möslein zum Beispiel, die Chefingenieurin des britischen Start-ups Quantum Dice. „Die Quantenrevolution ist hier und die Technologien sind da“, sagt Möslein beim Weltmarktführer Innovation Day der WirtschaftsWoche in Erlangen. Roland Nagy, Professor für Angewandte Quantentechnologien an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, pflichtet ihr bei. „Wir sprechen heute von der zweiten Revolution der Quantentechnologie“, sagt er.
„Irgendwann jetzt, in den 20er Jahren, haben wir den Durchbruch“, sagt auch Professorin Sabina Jeschke, die Gründerin der Berliner Forschungsinitiative KI-Park. Sie ist davon überzeugt, dass Quantencomputer künstliche Intelligenz auf ein neues Level bringen können, weil sie bestimmte Rechenschritte viel effizienter bewerkstelligen.
Tatsächlich ist in der Welt der Quantentechnologie in den vergangenen Jahren viel passiert. In der Forschung gab es entscheidende Erfolge. Vergangenes Jahr etwa verkündeten Quantenforscher von Google, dass sie die Fehlerrate von Quantencomputern drastisch reduzieren konnten. Man habe die Überlegenheit eines Quantenprozessors gegenüber klassischen Supercomputern bewiesen. Auch in der Wirtschaft gibt es schon erste Anwendungen – und noch mehr Hoffnungen.
In der Telekommunikation, dem Banking, bei Sicherheit und Verteidigung nutzen Unternehmen schon heute Quantentechnologie. Andere dagegen hoffen, bald auch zu den Gewinnern zu zählen: So könnte die Chemiebranche mithilfe der Quantenmechanik simulieren, wie sich Moleküle bilden. Die Pharmaindustrie hofft, durch Quantencomputing individuell abgestimmte Medikamente zu entwickeln. Und die Automobilbranche will mit Quantencomputing die Lebensdauer von Batterien exakt berechnen.
Deutschland hat exzellente Forschung zum Thema Quantentechnologie, darin sind sich Experten in Erlangen einig. Und trotzdem herrschen Zweifel, ob sich Deutschland und Europa ausnahmsweise in diesem globalen Wettrennen mit den USA und China behaupten können. Kann der Technologiestandort Deutschland bei der nächsten Computerrevolution vorn mitspielen?
Quantencomputer: Die Frage ist nicht ob, sondern wann
„Wer glaubt, die Quantentheorie verstanden zu haben, hat sie nicht verstanden“, sagte schon der Nobelpreisträger und Physiker Robert Feynman. Auch in diesem Jahrtausend bleiben viele Rätsel der Quantenmechanik für Wissenschaftler ungelöst. Das hält sie nicht davon ab, die Technologie trotzdem nutzbar zu machen. Zu bereits bekannten Anwendungsgebieten gehören die Lasertechnik und die Kernspinresonanztomografie. Die neue Welle der Quantenforschung beschäftigt sich dagegen mit Quantensensorik, Quantenkommunikation und Quantencomputern.
Der Unterschied zwischen Quantencomputern und normalen Computern lässt sich vereinfacht so erklären: Gewöhnliche Computer speichern Daten in Bits, die entweder einer 1 oder einer 0 entsprechen. Quantencomputer nutzen als kleinste Einheit Qubits, die eine 1, eine 0 oder beides gleichzeitig sein können.
Quantenprofessor Nagy zieht zur Erklärung den Vergleich zu einem Lichtschalter: Während ein normaler Lichtschalter entweder aus oder an ist, kann ein Dimmer zahlreiche Zustände dazwischen annehmen. So müssen Quantenrechner Aufgaben nicht zweidimensional und linear abarbeiten, sondern können unzählige Lösungspfade gleichzeitig gehen und dadurch deutlich schneller rechnen.
„Die Frage ist nicht mehr, ob es Quantencomputer schaffen werden, skalierbar anwendbar zu sein, sondern nur noch wann genau und in welchen Bereichen zuerst“, sagt KI-Expertin Jeschke. Schon heute könne man Quantencomputing nutzen, sagt sie, etwa als Kunde bei den großen Cloud-Anbietern wie AWS, Microsoft Azure, Google Cloud oder IBM.
Auch das deutsch-schweizerische Unternehmen Terra Quantum bietet mit seiner Spezialsoftware Quantenberechnungen in der Cloud an – bisher meist auf Basis konventioneller Prozessoren. „Quantencomputer sind heute bisher nicht so stark, wie wir es gerne hätten“, gesteht Florian Neukart. Er ist einerseits Professor für Quantentechnologie, andererseits Produktchef des 2019 gegründeten Start-ups, das mittlerweile auf 250 Mitarbeiter angewachsen ist.
Man könne bisher nicht alle Probleme lösen, die man gerne lösen würde, so Neukart. Aber dennoch könne der Einsatz von Quantenberechnungen maschinelles Lernen bereits jetzt optimieren. Sein Unternehmen habe unter anderem Kunden aus dem Finanzbereich, die Portfolios optimieren, und den Militärtechnikkonzern Thales, der damit Satellitenmissionen verbessert. In Zukunft sei noch deutlich mehr möglich, glaubt Neukart.
Sichere Kommunikation mit Quanten-Zufallszahlen
Ein anderes Geschäftsmodell verfolgt das Start-up Quantum Dice von Annika Möslein, die beim Innovation Day in Erlangen neben Neukart auf dem Panel sitzt. Die promovierte Ingenieurin arbeitet seit drei Jahren bei dem Start-up, das 2020 ehemalige Oxford-Studierende gegründet haben. Inzwischen konnte es zehn Millionen Euro Finanzierung einsammeln, unter anderem zwei Millionen Förderung der EU-Kommission, und beschäftigt etwa 25 Mitarbeiter. Quantum Dice bietet Hard- und Software für probabilistisches Computing, das Generieren echter Zufallszahlen mithilfe von Quantentechnologie. Ein normaler Computer kann dagegen keine wirklich zufälligen Zahlen erzeugen, weil er deterministisch, also nach festen Regeln, arbeitet.
„Für alles, was man sicher verschlüsseln will, benötigt man Zufallszahlen“, erklärt Möslein. Mithilfe der Chips von Quantum Dice, die auf Licht statt Elektronen basieren, können Kunden ihre Kommunikation sicher verschlüsseln. Zu den Kunden von Quantum Dice zählen neben Akteuren aus der Verteidigungsbranche die Britische Telekom, der US-amerikanische Telekommunikationskonzern AT&T und die Großbank HSBC. Ihre Lieferkette ist sogar weitestgehend europäisch: Die Chips werden in den Niederlanden, Deutschland und Belgien gefertigt.
Deutschland fehlt es an Risikokapital
Keine schlechten Voraussetzungen, um beim schneller werdenden Quantenrennen mitzumachen. In den vergangenen Jahren haben die weltweiten Investitionen in die Quantenforschung und -anwendung deutlich zugenommen.
Die Unternehmensberatung McKinsey prognostiziert für den Quantencomputing-Markt ein wirtschaftliches Potenzial von rund 131 Milliarden Dollar bis 2040. Laut ihr fließen die meisten Investitionen in amerikanische Quanten-Start-ups, ein wesentlicher Teil des Geldes stamme vom US-amerikanischen Staat. Aber auch Risikokapitalgeber greifen vermehrt in die Tasche.
Auch in Deutschland wird investiert. Anfang September sammelte das deutsch-finnische Quanten-Start-up IQM 275 Millionen Euro Wagniskapital ein und erhielt dadurch eine Milliardenbewertung. Doch das sind eher Ausnahmen. An der Forschung und Entwicklung in Deutschland liegt es nicht: Die bewerten alle Experten und Expertinnen als sehr gut.
„Europa hat Kompetenz, aber Kapital und Geschwindigkeit fehlen“, fasst Professorin Jeschke zusammen. Die Budgets der Investoren sind relativ gering, es gibt im Vergleich zu den USA kaum Risikokapitalgeber. So bleibt die Gefahr, dass die guten Ideen am Ende in den USA verwirklicht werden.
Auch China, betont Sabina Jeschke, sei längst vorn mit dabei im Rennen um den Durchbruch bei Quantencomputern. Die Patentanmeldungen dort steigen rasant, der Staat steckt viel Geld in die Forschung. Doch die Erkenntnisse werden nach außen abgeschirmt.