Am letzten Mittwoch gab es mit dem Thema rund um Prozessor-Kerne den Brückenschlag zum heutigen Thema:
Die Quantenmechanik — seltsam, aber real
Der Begriff stammt aus der Quantenmechanik, einem Bereich der Physik. In einem etwas seltsamen Bereich:
Während ein normaler Computer simpel nur Einsen und Nullen kennt — also den Zustand „an oder aus“ — kennt die Quantenmechanik auch alle Zustände dazwischen.
Ich hoffe, nicht gleich bei dieser Einleitung schon die meisten Leser verloren zu haben. Wer schon einmal etwas von „Schrödingers Katze“ gehört hat, kommt dem schon recht nahe:
Die Katze von Schrödinger befindet sich in einem Karton — und ihr Zustand pendelt unscharf zwischen tot und lebendig. Bis jemand in den Karton guckt — erst dann ist klar und sichtbar, in welchem Zustand genau.
Das klingt alles ein wenig nach Harry Potter — und war zunächst auch eher belächelte Theorie.
Da nun aber die ersten Prototypen bereits mehr oder weniger erfolgreich laufen, ist aus Theorie längst Praxis geworden — und die klassische Physik um diesen seltsamen Bereich ergänzt.
Von Bits zu Qbits — die Rechenkapazität explodiert
Kommen wir zurück zu den Zuständen eins und null der klassischen Computer — so genannte Bits.
Mit acht Bits 0010 1101 zum Beispiel lassen sich 255 verschiedene Zustände schalten. Unsere heutige IT basiert komplett auf diesem Schema.
Während ein so genanntes „Qbit“ auch beide Zustände gleichzeitig annehmen kann — bzw. eine beliebige Mischung aus beiden Zuständen.
Man nennt dies eine „Superposition“.
Mit jedem weiteren Qbit nach den ersten acht verdoppelt sich jeweils die Anzahl der Zustände, die eingenommen werden können — was die Möglichkeiten regelrecht astronomisch nach oben katapultiert — die eigentliche Rechenkapazität.
Verschränkung: Qbits beeinflussen sich gegenseitig
Ferner beeinflussen sich Qbits mehr oder weniger gegenseitig — auch wenn diese isoliert voneinander arbeiten.
Diese als „Verschränkung“ bezeichnete Verhalten steigert die Rechner-Kapazität weiter.
Wenn wir nun mit jedem weiteren Qbit die Anzahl der Zustände verdoppeln, dann sind mit 300 Qbits bereits mehr Zustände darstellbar, als es Atome im beobachtbaren Universum geben soll.
(Erzählt jedenfalls die Leo KI — kann ich schlecht nachprüfen.)
Zur Zeit sind keine 1.500 Qbits stabil. Es werden mehrere Millionen angestrebt.
Und ja — damit wird die Kapazität dieser Systeme gigantisch und in irre Sphären vorstoßen.
Das Problem: Instabilität und extreme Anforderungen
Das Problem ist „nur“, dass zur Zeit diese Operationen nicht stabil laufen — und das Quantengatter nach Sekundenbruchteilen bereits wieder zusammenbricht.
Zwar wird die stabile Phase immer länger — aber bisher sind keine großartigen Berechnungen damit angestellt worden, die nicht im Mathe-Unterricht mit einem Taschenrechner hätten gelöst werden können.
Dazu benötigt diese Technik eine Kühlvorrichtung, die das System auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt hält — ca. -273°C.
Das ist es übrigens auch, was uns die beeindruckenden ersten Bilder von Quantencomputern zeigen:
Ein an einer weit verästelten Kühlvorrichtung hängenden Chip — den man so kaum wahrnimmt in dem Gewirr.
Ist dieser nicht mal halb so groß wie ein heutiger Prozessor aus heimischen PCs.
Also: Was ihr da seht, ist nicht der Chip selbst — nur der nötige High-End-Kühlschrank zum Betrieb.
Forschungsstand und Ausblick
Aber auch hier steht die Forschung gerade am Anfang — macht jedoch gewaltige Fortschritte.
Schätzungen gehen von 2030–2035 aus, wo erste Geräte dieser Art in den Dienst gestellt werden könnten.
Wozu brauchen wir so ein Teil denn überhaupt?
In der IT gibt es so den Joke: „Can it run Crysis?“
Crysis ist ein Spiel — bekannt dafür, dass die zum Spielen benötigte Hardware erst in ein paar Jahren erfunden wird.
Doch ganz so schlimm ist das nun auch nicht. Wir zu Hause oder im normalen Berufsleben brauchen derlei Gerät überhaupt nicht.
Zu groß, zu teuer, technisch zu aufwendig, zu kompliziert.
So fingen aber auch die Computer einmal an — da wog eine 5-MB-große Festplatte rund 10 Tonnen — und Lochkarten-Rechner wurden gerade von Magnetband-Maschinen abgelöst.
Aktuelle Entwicklung: Google Tensor
Google aktueller Chip, der Tensor, hat etwas unter 1.500 stabile Qbits am Start.
Zunächst hatte Google diesen nur in eigenen Installationen eingesetzt — mittlerweile wird dieser auch angeboten.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist der Einsatzzweck mehr in mathematisch hochkomplexen Aufgaben angesiedelt — wie:
- Wetter- und Klimamodelle
- Geologische Simulationen
- Astronomische Fragestellungen
Die militärische Dimension
Nebenbei wird derlei Gerät auch für die Militärs interessant — lassen sich die Auswirkungen von radioaktivem Fallout und der Detonation selbst noch besser vorhersagen.
Das größte Risiko: Verschlüsselung brechen
Doch auch ein ganz anderer Zweck ist hochinteressant für Unternehmen und Regierungen: Das Brechen von aktuellen Verschlüsselungsmethoden.
Wie funktioniert aktuelle Verschlüsselung?
So werden bei gängigen Methoden zur Errechnung eines öffentlichen Schlüssels zwei irre große Primzahlen miteinander kombiniert.
Dies ist eine recht einfache mathematische Operation.
Diese wieder in ihre Faktoren zu zerlegen ist mit heutigen Rechnern allerdings ausgeschlossen — da mehrere Millionen Jahre vergehen würden, ehe diese wieder enträtselt sind.
Ein Quantencomputer schafft es in wenigen Stunden
Ein Quantencomputer schafft dies in wenigen Stunden — so wenn dieser denn irgendwann vollständig einsatzfähig ist.
(Und das wird er sein — siehe oben.)
Email-Verschlüsselung, WhatsApp oder auch die Verschlüsselung ganzer Festplatten beruht auf dieser Arbeitsweise.
„Harvest now, decrypt later“ — die versteckte Bedrohung
Und wer nun glaubt, dies sei ja alles Zukunftsmusik, der sei kurz an einen Umstand erinnert:
Google merkt sich so ziemlich alle Inhalte, die es im Web gibt — UND MAL GAB.
Letzteres ist dann der Fall, wenn ihr auf einen Fehler 404 stoßt — und die Webseite nicht mehr erreichbar ist. Aber im so genannten Google-Cache sind noch größere Reste davon zu finden.
Ähnlich wird es sich mit anderen Inhalten verhalten: Speicherung in der Gegenwart zum Knacken in der Zukunft.
Warum also nicht die angefangenen Daten zwischenspeichern — bis diese geknackt werden können?
Weil die Kapazität dafür nicht ausreicht? Daran scheitern derlei Konzerne oder Staaten gewiss nicht.
Blockchain: Das nächste Angriffsziel
Ein weiteres unheimlich lukratives Angriffsziel ist die Blockchain — also die Technik, auf der Kryptowährungen basieren.
Jeder Staat würde dies nur zu gerne unter seine Kontrolle bringen.
Zwar gibt es auch in Deutschland Krypto-Anbieter, die zugelassen sind von der BaFin — aber auch genug Black-Anbieter, die dies eben illegal unterlaufen.
Mit ausgereiften Quantencomputern wäre die Blockchain in Minuten zu brechen.
Vermarktung und Risiken
Mit der beginnenden Vermarktung dieses Equipments wird neben Konzernen wie Google auch unterschiedlichen Staaten — und damit Militärs und Geheimdiensten — diese Technik zur Verfügung stehen.
Und für keinen von denen würde ich auch nur eine Sekunde einen Fingernagel ins Feuer halten.
Der Trend: Cloud-basierte Quantencomputer
Es lief im Jahr 2025 ein kleiner Wettbewerb: Programmierer konnten ihren, für Quantencomputer entwickelten Code, einsenden — und hoffen, dass dieser auf einem Prototypen ausgeführt wird.
Dies war freilich mehr ein Marketing-Gag — zeigt aber wohin die Entwicklung geht: Dahin, dass diese Technik als mietbare Resource angeboten wird, sobald marktreif.
Jeder, der das nötige Kleingeld parat hat, kann sich denn ein „Quäntchen Quant“ ins Haus holen.
Dies dürfte für Unis sehr interessant werden — und für die Betreiber äußerst lukrativ.
Post-Quantum-Kryptografie: Die Lösung
Da aber die Arbeitsweise der Systeme kein Geheimnis ist — sondern auf mehr oder weniger einfacher Physik beruht — könnten auch heute schon Verschlüsselungen entworfen werden, die ein Quantencomputer eben nicht so ohne weiteres brechen kann.
Ich als Regierung würde genau das tun: Das System zum Brechen herkömmlicher Verschlüsselungen analog zu einem entwickeln — welches dem eben Standgehalten hält.
Ein grandioser Vorteil in der vernetzten Welt… aus dem Silicon Valley.
Es ist zu hoffen, dass zeitnah hierzu etwas aus der Open-Source-Ecke kommt — und nicht nur aberwitzige kommerzielle Projekte zukünftig verhindern, dass es keinen erschwinglichen Schutz mehr gibt auf dem Markt.
Dies könnte dazu führen, dass der Weg kritischer Systeme wieder wegführt von „ständig online“ — hin zu reinen Offline-Lösungen.
Das wäre der Tod der Clouds. (Deren Fan ich eh nur bedingt bin.)
2FA: Eine gute Verteidigung — heute schon
Allerdings gibt es auch schon heute eine kleine, aber feine Absicherung gegen Einbruch: die Zwei-Faktor-Authentifizierung (2FA).
Da diese Zahlen auf einem quasi-Zufallsprinzip beruhen — das so genannte „gemeinsame Geheimnis“ — und an zwei autonomen Stellen gleichzeitig abgebildet werden, dazu noch mit einer arg kurzen Gültigkeit von 30 Sekunden in der Regel unterwegs sind, ist die 2FA schon heute eine gute Verteidigung.
Zwar keine 100 %ige Sicherheit — aber eine mächtige Hürde.
Einzig angreifbar wäre hier der Server, der den in der App produzierten Code verifiziert — allerdings nicht die Logik des Codes selbst, sondern der Server als solcher in seiner Infrastruktur und deren Abwehrfähigkeiten.
Was du jetzt tun kannst
Es sollte mehr und mehr über die Sicherheit der eigenen Systeme und Daten nachgedacht werden — als bisher.
Auch ist der Hype nach immer mehr Cloud eine fatale Entwicklung, dessen Risiken vollkommen unterschätzt werden.
Einfache Maßnahmen schützen schon heute — und jeder sollte sich fragen:
- Wie offen und sicher sind meine Zugänge zu unterschiedlichen Systemen?
- Ist mein Facebook-Zugang eigentlich gut gesichert?
- Ist das Passwort etwa der Name der Katze oder
123456? - Ist der zweite Faktor aktiv?
- Wie sicher ist mein WLAN?
Fragen über Fragen…
Fazit: Fortschritt mit Nebenwirkungen
Die Einführung der Quantencomputer ist für die Menschheit ein weiterer wichtiger Schritt — und ein irrer Fortschritt.
Wie immer nicht ohne Nebenwirkungen wohlgemerkt.
