Im Sommer 2021 wurde in Ehningen der erste kommerzielle Quantencomputer Europas eingeweiht. Wo steht die Technologie heute?
Es ist das Jahr 2021. Genauer, Dienstag, der 15. Juni 2021. Über 10 000 Zuschauer verfolgen per Livestream, wie der erste Quantencomputer auf europäischem Boden offiziell eingeweiht wird – unter ihnen auch Angela Merkel. Winfried Kretschmann ist sogar extra nach Ehningen zum IBM Technology Campus angereist, um sich den Supercomputer anzuschauen, der dort in Kooperation mit der Fraunhofer‑Gesellschaft entwickelt wurde.
Im Raum wie auch vor den Bildschirmen ist man sich einig: Dieser Tag ist von Bedeutung. In zahlreichen wissenschaftlichen Disziplinen – etwa bei der Datenverschlüsselung, der Entwicklung neuer Medikamente oder im Bereich des maschinellen Lernens – stoßen klassische Computer längst an ihre Leistungsgrenzen. Viele Berechnungen erfordern so viel Rechenzeit, dass sie praktisch nicht mehr durchführbar sind. Dafür benötigt man schon Quantencomputer, die komplexe mathematische Aufgaben in kürzester Zeit bewältigen können.
Am 15. Juni 2021 wurde im unscheinbaren Gebäude auf dem IBM Technology Campus in Ehningen unter großem Brimborium der erste kommerziell nutzbare Quantencomputer Europas in Betrieb genommen. In einer Lounge ohne Fenster, schummrig beleuchtet, stand Ministerpräsident Kretschmann vor einer Scheibe, hinter der sich in einem Glaskasten – ungefähr so groß wie ein Kleintransporter – das Wundergerät befand. Das Herzstück: ein rund 1,20 Meter hohes, einen halben Meter im Durchmesser großes, poliertes Objekt.
Die Experten des zuständigen IBM-Labors in Böblingen – etwa Sven Payer und Johannes Greiner – gaben Auskunft: „Das Herzstück des Quantum System One ist ein Chip von dieser Größe“, erläuterte Greiner dem Ministerpräsident und formte mit Daumen und Zeigefinger ein Viereck nicht größer als eine Briefmarke. Darauf befinden sich 27 sogenannte Qubits – die Recheneinheit dieses Systems. Der restliche Raum im Kasten diente der aufwendigen Kühlung des Chips. „Da drin ist es kälter als im Weltall“, erklärte Stefan Payer.
Mit einem Helium-Gemisch wird der Chip auf 13 bis 14 Mikrokelvin über dem absoluten Nullpunkt gekühlt – also auf weniger als minus 273 Grad Celsius. Eine solche Extremkälte ist nötig, weil der Chip hochsensibel reagiert: Bereits kleinste Erschütterungen genügen, um den Rechenprozess abzubrechen. Deshalb hängt die ganze Apparatur auch von oben herab, um Kälte möglichst unten zu halten. Der Glaskasten steht auf einem entkoppelten, extrem erschütterungsarmen Fundament.
In Politik und Wirtschaft herrschte 2021 breite Einigkeit, dass diese Kooperation von IBM und Fraunhofer einen „Quantensprung“ im Computerzeitalter markiere: Anwendungen im automatisierten Fahren, in der Simulation von Molekülstrukturen und Brennstoffzellen sowie im maschinellen Lernen könnten durch solche Systeme deutlich beschleunigt werden, hieß es.
Denn der zentrale Unterschied zu klassischen Computern liegt darin, nicht mehr nur mit Bits (0 oder 1) zu arbeiten, sondern mit Qubits, die sich für kurze Zeit sowohl im Zustand 0 als auch im Zustand 1 befinden können (Superposition) – und so riesige Mengen paralleler Rechenoperationen ermöglichen.
Vier Jahre sind seit diesem denkwürdigen Tag vergangen. Was hat sich getan? Wie weit ist die Quantencomputer-Technologie gekommen? Und wo steht Europa heute? Zunächst zur technologischen Entwicklung: Es wird daran gearbeitet, die Systeme leistungsfähiger und stabiler zu machen. So hat IBM 2025 angekündigt, an einem großen, fehlertoleranten Quantencomputer zu arbeiten. Der US-Konzern baue einen, „der reale Herausforderungen lösen und enorme Geschäftsmöglichkeiten eröffnen wird“, sagte der CEO von IBM, Arvind Krishna, verschiedenen Medien. Dieser solle im US-Bundesstaat New York in der Nähe der Konzernzentrale gebaut werden.
Gleichzeitig wird in Europa die Technologie- und Innovationspolitik vorangetrieben. So wurde am vergangenen 2. Juli die Quantum Europe Strategy vorgestellt, mit der die EU-Kommission Europa bis 2030 führend für Quantentechnologien machen will. Allerdings steht Europa weiterhin unter Wettbewerbsdruck – etwa gegenüber den USA und China –, und viele Expertinnen und Experten mahnen, dass der Weg zur marktbeherrschenden Position noch weit ist.
Damit Quantencomputer zukünftig im Alltag funktionieren können, müssen sie lernen, noch besser mit Fehlern umzugehen und sie zuverlässig zu korrigieren. Das stellt zurzeit wohl die größte Herausforderung in der Quantentechnologie dar. Außerdem werden klassische Hochleistungsrechner zukünftig wahrscheinlich immer stärker mit Quantencomputern verknüpft. Beide Technologien ergänzen sich, weil viele Berechnungen erst durch ihre Kombination wirklich effizient werden.
Europa bemüht sich außerdem, technologisch unabhängiger zu werden. Mit der 2025 vorgestellten Quantum Europe Strategy will die Europäische Kommission erreichen, dass die Forschung nicht nur in Laboren bleibt, sondern in marktfähige Produkte und Dienstleistungen übergeht. Ziel ist es, bis 2030 ein integriertes Ökosystem aufzubauen, in dem europäische Unternehmen, Start-ups und Forschungsinstitute gemeinsam eine eigene Quanteninfrastruktur betreiben.
