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Die Zukunft heißt Quantencomputer

Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung/Antrag - 12.10.2018 (hib 761/2018)

Berlin: (hib/ROL) Quantencomputer ebnen den Weg zum nächsten Level im High-Performance-Computing. Sie können komplexe Berechnungen anstellen und es wird ein Ergebnis gemessen, das auf klassischem Wege selbst mit stärksten Supercomputern nicht erreichbar gewesen wäre. Das schreibt die FDP-Fraktion in ihrem Antrag (19/4845). Experten würden davon ausgehen, dass im Jahr 2030 der erste Quantencomputer mit einer Datenverarbeitung von 72 Qubits entwickelt werde. Ab dieser Größe und einer entsprechenden Hardware könnten Quantencomputer nicht mehr durch die schnellsten Supercomputer simuliert werden.

Anwendungsfelder für Quantencomputer würden sich in der Physik, der Chemie, der Biologie und Medizin finden, wie etwa der Simulation von Proteinfaltungen, der Entwicklung neuer Materialien wie Hochtemperatursupraleiter, die Strom verlustfrei über große Distanzen leiten könnten oder effizientere Syntheseverfahren in der Chemie, beispielsweise für die energiesparende Synthese von Stickstoffdünger, der für die Ernährung der Weltbevölkerung benötigt werde. Außerdem könnten Quantencomputer das Machine Learning in vielen Bereichen revolutionieren. Machine Learning, im Deutschen maschinelles Lernen, ist ein Teilgebiet der künstlichen Intelligenz. Durch das Erkennen von Mustern in Datenbeständen sind IT-Systeme so in der Lage, eigenständig Lösungen für Probleme zu finden. Es ist die "künstliche" Generierung von Wissen aus Erfahrung.

Übliche Rechner würden mit algorithmischen Verfahren auf Bits, den kleinstmöglichen Unterscheidungseinheiten arbeiten. Als Bit haben die Computer den Wert eins oder null. In einem Entweder-Oder-System könne der Computer nicht zwei Wegen gleichzeitig folgen. An einer Verzweigung gehe ein herkömmlicher Rechner nach links oder rechts. Um beide Wege zu gehen, gehe er zuerst nach links und dann nach rechts. Optimierungsprobleme führten bei komplexen Aufgaben zu Verzweigungen mit Millionen Richtungen. Selbst der schnellste Supercomputer würde ewig benötigen, jeden einzelnen Weg nacheinander zu berechnen. Die kleinsten Unterscheidungseinheiten eines Quantencomputers, ein Qubit, können einen Überlagerungszustand annehmen und dadurch zugleich eins und null sein. Der Quantencomputer befinde sich in einem So-wohl-als-auch-System. Dadurch könnten viele Lösungswege in Überlagerung berechnet werden. Die verschiedenen Rechenwege können sich verstärken oder gegenseitig aufheben.

Theoretische Arbeiten ließen aber erwarten, dass zukünftige Quantencomputer die Sicherheit derzeit verwendeter Verfahren für Schlüsselaustausch, asymmetrische Verschlüsselungen und Signaturen gefährden. Derzeit sicher verschlüsselte Nachrichten könnten von Angreifern zwischengespeichert und dann mit zukünftigen Quantencomputern nachträglich entschlüsselt werden. Die Nachricht wäre also nicht dauerhaft geheim. Deshalb sei ein langfristiger Schutz von Daten - zum Beispiel durch Quantenkryptographie zum Austausch von Schlüsseln oder durch sogenannte Post-Quanten-Kryptographie -, wichtig.

Deutschland könnte mit den richtigen Weichenstellungen ein erfolgreicher Entwicklungsstandort sein und ein Alleinstellungsmerkmal im Bereich Sicherheit und Verschlüsselung erlangen. Deutschland müsse die Entwicklung und Anwendung von Verschlüsselungstechnologien intensivieren, damit es nicht nur Marktführer, sondern auch technologischer Vorreiter werde.

Die FDP fordert zusammen mit nationalen Unternehmen die Entwicklung einer anerkannten Software zu unterstützen, die die Datensicherheit in Form einer auch gegen Angriffe mit Quantencomputern sicheren Verschlüsselung gewährleistet und das Qualitätssiegel "Made in Germany" trägt. Die neu gegründete Cyber-Agentur müsse in Zusammenarbeit mit den drei Kompetenzzentren zur IT-Sicherheitsforschung - CISPA, CRISP und KAS-TEL - Regeln und Standards setzen, die die öffentliche Infrastruktur sowie Unternehmen umsetzen sollten, so dass die Sicherheit der Datenkommunikation auch bei Existenz von Quantencomputern sichergestellt werde. Die eigene IT-Infrastruktur soll quantencomputerresistent gemacht werden.