Quantencomputing: Reiner Hype oder ein Anlass, sich darauf vorzubereiten?

Die Technologiestiftung stellt mit einer Blogserie von Christian Hammel vor, was Quantencomputing und Quantentechnologien mit Berlin zu tun haben.

Die Presse ist voll von Quantencomputing. Hypetypisch kommen aktuell auch keine Zukunftsgurus, Innovationspäpst:innen oder Wissenschaftspolitiker:innen ohne Quanten aus. Warum jetzt auch die Technologiestiftung?

Wir hielten die nachstehenden Fragen für klärungsbedürftig und sind ihnen nachgegangen. Das Ergebnis stellen wir in einer Serie von Blogs vor:

  • Ist das Quantencomputing ein reiner Hype? Geht das wieder weg?
  • Was hat Berlin davon und wer kann das hier?
  • Habe ich als Stiftung oder Firma im jetzigen Stadium etwas davon?

Hier der erste Beitrag.

Ist Quantencomputing ein reiner Hype?
Hypes, Technologie und Fortschritt


Wer schon etwas länger mit Technologie- und Innovationstrends zu tun hat, hat schon viele Themen kommen und gehen gesehen. Von der dotcom-Blase ist immerhin geblieben, dass Tech-Startups seitdem salonfähig sind und ernst genommen werden. Der kometenhafte Aufstieg und schmerzliche Niedergang der PV-Modulherstellung in Deutschland wird allgemein bedauert, aber bereits in der Frage, ob das nun ein industrielles oder ein industriepolitisches Versagen war oder überhaupt ein Versagen, scheiden sich die Geister. Immerhin sieht man aber immer mehr Glitzerdächer und man ist sich einig, dass das zumindest bei Batteriezellen nicht wieder passieren soll. Im Hype um die Nanotechnologie, konnte man beobachten, wie angesichts eines Fördergeldregens scharenweise Festkörperphysiker:innen und Kolloidchemiker:innen zu Nanotechnolog:innen mutierten und wieder zurück. Der wirtschaftliche Erfolg war nicht ganz so hoch wie der Hype. Das damals führende Nanotech-Beteiligungsunternehmen macht heute in Immobilien, ein gehypter Hersteller von (angabegemäß) Nanopartikeln ist heute im Straßenbau tätig. Der Nutzen von Nano-Materialien von Sonnencreme bis Elektronik ist übrigens unbestritten, den gab es aber schon lange vor dem Hype und es gibt ihn immer noch. Hypes sind nicht unbedingt negativ. Sie mobilisieren viel Kapital und neue Technologien verlaufen auf dem Weg in die Anwendung häufig als Hype. Die Gartner Group hat aus dieser Erkenntnis schon vor Jahren ihren „Hype-Cycle“ entwickelt. Der Hype Cycle ist für frühe Phasen neuer Technologien ein recht zuverlässiges Instrument, um vorherzusagen, in welche Themen in den nächsten zwei bis fünf Jahren erhebliche Forschungs- und Entwicklungsgelder der Wirtschaft fließen. Über die Jahre zeigt er auch gut, dass viele gehypte Themen, von denen man nur noch wenig hört, tatsächlich zu Produkten mit Umsätzen geworden sind.

Und jetzt Quantencomputing?


Die Bundesregierung fördert Quantentechnologien mit rund 3 Mrd.€. Die EU-Kommission hat bereits 2018 1 Mrd.€ dafür bereitgestellt. Was auf den ersten Blick nach Fantastillionen klingt, ist eine Menge Geld aber durchaus im Rahmen anderer ehrgeiziger Vorhaben. Allein für die institutionelle Forschungsförderung gibt der Bund jährlich (!) 6,7 Mrd. € aus. Der Digitalpakt Schule hat einen Umfang von 5 Mrd. €. Trotzdem ist die Förderung der Quantentechnologien so hoch, dass es sich lohnt, genauer hinzusehen, zumal Quantencomputing weitgehend noch nicht einmal den Sprung vom wissenschaftlichen Großgerät zur Technologie geschafft hat. Von dem Geld sollen in den kommenden Jahren mehrere Quantencomputer gebaut werden, wobei die technischen Anforderungen weit oberhalb dessen liegen, was heute möglich ist. Es geht also um keine Innovation auf „muss man nur machen“-Niveau, sondern um eine Herausforderung, die die Crème der Wissenschaft fordert. Zusätzlich sollen eine Reihe Zentren entstehen, die die industrielle Beteiligung an der Herstellung von Komponenten sicherstellen, die Software für Quantencomputer entwickeln (nicht nur Anwendungen, sondern auch Betriebssysteme und Compiler), die daran forschen, wozu man solche Maschinen sinnvollerweise einsetzt und wo man auf „herkömmliche“ Supercomputer setzt, die Anwender:innen beibringen, was man mit Quantencomputern anstellen kann und wie man Programme dafür schreibt (in Berlin bietet FOKUS das an – im nächsten Beitrag mehr), und die schließlich auch noch Gesellschaft und Öffentlichkeit einbinden sollen. Für ein solches Arbeitsprogramm ist das wahrlich nicht zu viel Geld. Wer mehr darüber wissen will, wirft einen Blick in die zugehörige Roadmap.

Quantencomputing als reiner Hype: nein, da ist schon etwas dran


Ein „reiner“ Hype wäre wohl einer, nach dessen Abklingen wenig übrig bleibt (gibt es noch 3D-Fernsehen oder Geruchskino? Ist wireless power seit Nikola Tesla (1901) je über Smartphone-Laden und ein paar Busse und Rasenmäher hinausgekommen?) oder etwas, das man mit dem ganz normalen Fortschritt wohl auch erwartet hätte (Lotuseffekt-Lacke oder mehr Farben für Quantenpunkte als Ergebnisse der Nanotechnologie z.B.). Andere Hypes, vermutlich sogar den größeren Teil, gab es völlig zu Recht: Mobile Commerce, Web 2.0, Digital Video Broadcasting, 4G, NFC-Payment, Internetfernsehen, Deep Neural Networks sind alle heute nicht mehr wegzudenken. Als Ideen oder theoretische Konstrukte, die es geschafft haben, zum Hype, letztlich also zum Gegenstand vermehrter medialer Aufmerksamkeit zu werden, haben sie alle begonnen. Die Schwierigkeit liegt darin, dass man immer erst hinterher weiß, ob sich etwas durchsetzt und dass sich dann leicht klug reden lässt. Welche Anzeichen gibt es also, zu vermuten, dass beim Quantencomputing nach dem Hype etwas bleibt, idealerweise etwas, das nützlich ist und sich durchsetzt?

  1. In allen politischen Begründungen und meist auch in den Texten der Ausschreibungen zur Quantencomputerförderung ist viel von nationaler Souveränität die Rede. Das ist eine ganze Menge mehr als Erkenntnisfortschritt oder Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Und wenn Staaten sich entschlossen haben, dass der Mond bereist wird oder Atomkerne gespalten oder fusioniert werden, dann tritt das normalerweise auch ein. Sinngemäß dasselbe gilt, wenn sich mehr oder weniger sämtliche IT-Giganten von Google über IBM bis Microsoft entschlossen haben, Quantencomputing als Technologie zum Funktionieren zu bekommen. Funktionierende Quantencomputer dürften also wohl kommen, auch wenn man noch nicht genau weiß, wie sie aussehen und funktionieren.
  2. Es gibt bisher nur zwei Algorithmen, von denen man weiß, dass Quantencomputer einen Vorteil gegenüber Supercomputern bringen. Allerdings ist bereits ein einziges Problem, das Problem des Handlungsreisenden, fundamental für alle Arten von Optimierungsaufgaben. Obendrein ist dieses Problem seit Jahrzehnten nur durch Durchprobieren aller Lösungsmöglichkeiten oder wenige ausgewählte Näherungen lösbar. Ein neuer Lösungsweg verspricht gewaltigen Nutzen. Das Problem, lokale von globalen Optima zu unterscheiden, haben nämlich nicht nur Logistiker:innen. Dasselbe Problem gibt es auch in der Finanzwirtschaft, bei der Entwicklung neuer Moleküle, sei es als Arzneistoff oder als Werkstoff, und in vielen weiteren Gebieten. Genügend zahlungskräftige Nutzer:innen für solche Maschinen wären also ebenfalls da.
    Zitat aus einem Interview in einem großen Logistikunternehmen: „Wenn ich statt tausende von Möglichkeiten mit gewaltigen Rechenzeiten einzeln durchzurechnen, künftig alle Möglichkeiten auf einmal berechnen und mir die beste Lösung aussuchen kann, ist der Vorteil doch offensichtlich.“
  3. Das Fachgebiet „Quanteninformation“, manchmal auch explizit „Quantencomputing“, das sich mit den nicht immer anschaulichen Eigenschaften der Quanten befasst, gibt es in den Physik-Instituten der Berliner Hochschulen ebenso wie international schon recht lange. Die dort bearbeiteten wissenschaftlichen Fragestellungen entstehen und verschwinden nicht mit der medialen Aufmerksamkeit. Und je mehr die Grundlagenforscher:innen in solchen Instituten über ihren Gegenstand herausfinden, desto wahrscheinlicher wird es, dass die entsprechenden Themen in den Technikwissenschaften und der Informatik aufgegriffen und zu Technologien entwickelt werden können.

Fazit


Ob der Hype zu groß, zu klein oder gerade richtig ist, wird man in paar Jahren wissen. Was bereits heute klar ist: Quantencomputing wird kommen. Wer nicht als wissenschaftliche Einrichtung, Zulieferer oder künftiger Quantenrechnungsdienstleister involviert ist, dürfte vorerst wohl damit auskommen, die Entwicklung zu beobachten und sich im Zeitraum einiger Jahre das Wissen anzueignen, was man damit genau machen kann. Wer komplexe Optimierungsaufgaben zu lösen hat, kann bereits heute damit anfangen. Erste Angebote zum Einstieg sind vorhanden. Informatiker:innen werden sich künftig wohl neben Gattern, Speichern und Rechenwerken auch mit der Welt der QBits vertraut machen müssen. Die ersten werden sich dafür mit dem Jobtitle Quanteninformatiker:in schmücken können.

 

Dass die Technologiestiftung sich mit dem Thema befassen konnte, wurde von der Senatsverwaltung für Wirtschaft, Energie und Betriebe gefördert, wofür wir danken.

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