Quantencomputing: Europa auf dem Weg zum Technologieführer?

Schnellere Problemlösung und Umweltschutz mit Quanten

Quantentechnologie ist eine Zugtechnologie für die Zukunft. Mit der gezielten Nutzung der kleinsten Bausteine der Materie hat sie das Potential, die uns bekannte Welt grundlegend zu verändern.

Quantencomputer bieten enorme Rechenleistungen für komplexe Probleme, die herkömmliche Computer nicht oder nur mit sehr hohem technischem Aufwand lösen können. Das Quanteninternet soll Quantencomputer nach den Prinzipien der Quantenmechanik miteinander verbinden.

Die Entwicklung der Quantentechnologie basiert auf über einem Jahrhundert physikalischer Grundlagenforschung, deren wirtschaftliches Potenzial zunehmend sichtbar wird. Beginnend mit Max Plancks Quantentheorie (1900) und Albert Einsteins Beschreibung des photoelektrischen Effekts (1905) wurden zentrale Konzepte wie die Welle-Teilchen-Dualität und diskrete Energiezustände etabliert. In den folgenden Jahrzehnten prägten Forscher wie Niels Bohr, Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger die moderne Quantenmechanik – mit Modellen und Gleichungen, die bis heute die Basis für technologische Innovationen bilden. Die mathematische Fundierung durch Paul Dirac und John von Neumann schuf schließlich die Voraussetzungen für die systematische Weiterentwicklung und Anwendung dieser Prinzipien.

Quantentechnologie ist die Grundlage für neue Anwendungen. Dazu gehören die medizinische und naturwissenschaftliche Forschung, die Verbesserung künstlicher Intelligenz, die Entwicklung neuer Materialien und die Optimierung komplexer Systeme (z. B. Stromnetze) sowie neue Ansätze in der Datenanalyse oder im Risikomanagement.

Quantencomputing: Keine Frage des Ob oder Wann mehr

Im Jahr 2025 – dem Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie (IYQ) – eröffnen diese physikalischen Grundlagen insbesondere in den Bereichen Quantenverschlüsselung und Quanteninternet neue strategische Chancen für Organisationen.

Quantenverschlüsselung ermöglicht eine abhörsichere Kommunikation, bei der jede Manipulation sofort erkennbar ist – ein entscheidender Vorteil für sicherheitskritische Branchen und kritische Infrastrukturen. Anwendungen wie die Zeitsynchronisation können mit der Technologie besser geschützt und noch präziser werden

Das Quanteninternet wiederum verspricht eine neue Generation vernetzter Systeme, die auf quantenmechanischer Verschränkung basieren und eine ultrasichere, latenzarme Datenübertragung ermöglichen. Allerdings wird das Quanteninternet nicht das klassische Internet ersetzen, sondern es ergänzen.

Europa auf dem Weg zum Technologieführer

Im IYQ wurde die deutsche Informatikerin und Quantenphysikerin Stephanie Wehner für ihre wegweisende Arbeit zum Quanteninternet mit dem mit einer Million Euro dotierten Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft ausgezeichnet. Der mit einer Million Euro dotierte Körber-Preis ist einer der weltweit höchstdotierten Forschungspreise. Die Pionierin treibt den Aufbau eines europäischen Quanteninternets maßgeblich voran.

„Mein Ziel ist es, die ultimative Kommunikationsform der Natur – die Quantenkommunikation – für alle nutzbar zu machen“

Die Preisverleihung fand am 19. September in Hamburg statt. Mit den Mitteln des Körber-Preises will Stephanie Wehner neue Anwendungen für Quanten-Netzwerke erforschen. Im Mittelpunkt ihrer Arbeit stehen Probleme der Lastverteilung, beispielsweise, um Stromnetze bei Nachfragespitzen zu steuern. Quantencomputer könnten solche Entscheidungen deutlich schneller treffen als herkömmliche Systeme.

„Europa ist weltweit führend in der Quantenvernetzung“, sagt Wehner. „Europa sollte nicht nur in der Wissenschaft führend sein – es sollte auch ein starkes Ökosystem schaffen, das aus der Forschung ein nutzbares Quanteninternet macht und Wirtschaft und Gesellschaft voranbringt.“

Quanten für den Umweltschutz

Quantenbasierte Systeme bieten nicht nur langfristige Sicherheit gegen zukünftige Bedrohungen durch Quantencomputer, sondern auch ökologische und ökonomische Vorteile durch geringeren Energieverbrauch.

Quanten-Zufallszahlengeneratoren (Quantum Random Number Generator, QRNG) zum Beispiel kommen mit einem Minimum an Elektronik aus und benötigen deutlich weniger Energie als herkömmliche VPN-Gateways. Das macht die Technologie vor allem für den Automotive-Bereich interessant.

Auch bei der auf Quanten basierten Schlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD) wird der Energiebedarf für die sichere Übertragung kryptografischer Schlüssel erheblich reduziert. Die Integration solcher Technologien kann somit Teil einer nachhaltigen Digitalisierungsstrategie sein.

Quanten sind die Zukunft

Das Quanteninternet selbst ist zwar noch in der Entwicklungsphase -- Datenverlust oder die Verschränkung über große Distanzen stellen Forschende und Entwicklungsteams noch vor Herausforderungen. Im Bereich der Post-Quanten-Kryptographie (PQC) gibt es jedoch bereits erste Erfolge. Systeme wie der von ID Quantique zusammen mit Elmos Semiconductor entwickelte QRNG oder der QKD des Jenaer Startups Quantum Optics eignen sich sowohl für Mittel- als auch Fernstreckennetze.

Mit fortschreitender Entwicklung von Quantencomputern wächst die Notwendigkeit, sich mit dem Thema auseinanderzusetzen. Frühzeitige Investitionen in Quantenkompetenz und Partnerschaften mit Forschungseinrichtungen können langfristige Wettbewerbsvorteile sichern.

Auf politischer Ebene stellt sich daher die Aufgabe, regulatorische Rahmenbedingungen und Förderstrukturen zu schaffen, die den Transfer von Grundlagenforschung in marktfähige Anwendungen beschleunigen.