Die Idee, mit Quantenbits (kurz Qubits) zu rechnen, wirkt auf den ersten Blick vielversprechend. Denn sie beruht auf gründlich erforschten, fundamentalen Prinzipien der Quantenmechanik. Dank der Arbeit von Richard Feynman und anderen Physikern wissen wir bereits seit den 1970er-Jahren, dass sich die für Quanten typischen Korrelationen – die sogenannten Verschränkungen – theoretisch ausnutzen lassen, um bestimmte Arten von Berechnungen extrem zu beschleunigen.
Seit Jahrzehnten werden daher verschiedene Anwendungsfälle diskutiert: Der erste war das Knacken bestimmter Verschlüsselungssysteme. Im Gegensatz zu herkömmlichen Rechnern muss ein Quantencomputer nämlich nicht alle möglichen Chiffren einzeln nacheinander ausprobieren, um die richtige zu finden. Doch schon lange bevor wir überhaupt den Versuch unternehmen konnten, mit Quantencomputern Codes zu knacken, haben schlaue Forscher auf dem Feld der Post-Quanten-Kryptografie bereits Verschlüsselungsprotokolle entwickelt, die selbst für Quantencomputer praktisch unüberwindbar sind. Ich bin mir daher nicht sicher, warum noch großes Interesse an der Nutzung von Quantencomputern zu diesem Zweck bestehen sollte.
Molekulare Quantenpuzzle
Doch es gibt weitere potenzielle Anwendungsfelder. Besonders hervorzuheben sind die Quantenchemie und die Materialwissenschaften. Der Gedanke dahinter ist recht einfach: Molekulare Bindungen sind letztlich Quantenphysik. Nur lassen sich ihre exakten Eigenschaften extrem schwer berechnen. Es liegt daher nahe, dass Quantencomputer helfen könnten, das Verhalten chemischer Verbindungen, Materialien oder Medikamente zu simulieren, bevor man versucht, sie zu synthetisieren – was viel Zeit sparen könnte.
Ein großes Beispiel hierfür ist der „FeMo-Kofaktor“. Das mag wie der Name eines Start-ups klingen, das Proteinpulver an Risikokapitalgeber verkauft. Tatsächlich ist es aber die Bezeichnung für ein komplexes Molekül, das eine zentrale Rolle in Bakterien spielt, die den Boden mit Stickstoff anreichern. Ein Verständnis dieses Moleküls könnte zur Entwicklung besserer Düngemittel führen und einen großen Einfluss auf die Welternährung haben. Und obwohl wir die Formeln kennen, mit denen sich die Eigenschaften dieses FeMo-Kofaktors beschreiben lassen, können wir sie auf einem herkömmlichen Computer nicht lösen. Sie sind einfach zu kompliziert. Nur ein Quantencomputer sei dazu in der Lage, war schon häufiger in Pressemitteilungen zu lesen.
Doch nun hat ein Team vom California Institute of Technology in den USA in einer kürzlich erschienenen Preprint-Publikation gezeigt, dass sich die Grundzustandsenergie dieses Moleküls erstaunlich präzise mithilfe eines herkömmlichen Computerclusters berechnen lässt. Für sich genommen ist das kein weltbewegender Durchbruch, aber es zeigt, wie schwierig es zu sein scheint, Szenarien zu finden, in denen Quantencomputer tatsächlich alternativlos sind. Denn alles, was es offenbar zur Lösung des Problems brauchte, war ein großer Raum voller Kabel und Ventilatoren sowie ein paar schlaue Köpfe, die sich geweigert haben, aufzugeben. Und wenn wir Menschen mal keine Lösung finden, dann findet sie aber vielleicht eine KI. Denn wie der KI-Forscher und Chemie-Nobelpreisträger Demis Hassabis kürzlich treffend argumentierte, weisen natürliche Systeme gewisse Regelmäßigkeiten auf, an denen KI ansetzen kann.
