Er sieht aus, als wäre er einem Science-Fiction-Streifen entsprungen. Doch der futuristische Computer, der unter einem 2,7 Meter hohen Glaskasten steckt, ist keine Filmrequisite, sondern ein funktionstüchtiges System. «Q System One» ist der erste kommerziell verfügbare Quantencomputer der Welt.
IBM hat geschafft, worauf auch Konzerne wie Google, Intel, Toshiba und Microsoft fieberhaft hinarbeiten. Sie alle setzen grosse Hoffnungen in den Quantencomputer, der als theoretisches Konzept schon seit den 80er-Jahren herumgeistert und bisher unlösbare mathematische Aufgaben lösbar machen soll. Die Umsetzung der Theorie in die Praxis bleibt jedoch eine Herausforderung, denn die junge Technologie ist ebenso komplex wie fragil.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Rechnern kennen Quantencomputer nicht nur das binäre Entweder-oder, sondern unzählige Zwischenstufen. Ihre kleinste Recheneinheit sind Quantenbits, kurz Qubits genannt. Damit können mehrere quantenmechanische Überlagerungszustände von Nullen und Einsen verarbeitet werden – und das simultan. Statt wie normale Computer Rechenschritte nacheinander abzuarbeiten, können Quantencomputer Operationen simultan ausführen und sind deshalb ungleich schneller.
Bis heute gibt es Dinge, an denen sich herkömmliche Computer die Zähne ausbeissen. Dazu gehört zum Beispiel die Primfaktorzerlegung, die in der gängigen Kryptologie eine zentrale Rolle spielt. RSA, der bekannteste aller Verschlüsselungsalgorithmen, basiert nämlich gerade darauf, dass gängige Rechner grosse Zahlen nicht innert nützlicher Frist in die Primfaktoren zerlegen können. Für ausgereifte Quantencomputer wäre dies jedoch ein Kinderspiel.
Heute sind Quantencomputer herkömmlichen Rechnern zwar noch in keiner Anwendung überlegen, Experten rechnen aber damit, dass dieser als «Quantum Supremacy» bezeichnete Schritt bald erreicht wird. Der Paradigmenwechsel scheint absehbar, doch wann genau er eintritt, bleibt ungewiss. Gefragt ist in den nächsten Jahren deshalb «Krypto-Agilität»: Es geht darum, die IT-Systeme schrittweise auf die neuen Gefahren auszurichten und so weit wie möglich gegen potenzielle Quantenrechner-Attacken zu wappnen.
Entwickler und Kryptologen werden sich in den nächsten Jahren ein Kopf-an-Kopf-Rennen liefern. Während die einen den Quantencomputer weiterentwickeln, arbeiten die anderen an der sogenannten «Post-Quantenkryptografie»: Sie tüfteln an asymmetrischen Verschlüsselungs- und Signaturverfahren, die den leistungsstarken Rechnern standhalten. Erste quantensichere Verfahren sind bereits auf dem Markt erhältlich. Unternehmen und öffentliche Institutionen können sich also durchaus schon heute auf den anstehenden Quantensprung vorbereiten.
Welche Herausforderungen bringen Quantencomputer mit sich und wo liegt der Handlungsbedarf, damit die Schweiz auch mit Quantencomputern sicher bleibt? Lesen Sie dazu mehr im Wissens-Update: «Quantencomputer – In der Kryptografie bricht eine neue Ära an».
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