Vielfältige Einsatzbereiche

Quantenrechner noch nicht stabil genug

„Quantenrechner stecken noch in mancherlei Hinsicht in den Kinderschuhen, insbesondere was Stabilität und Genauigkeit angeht“, betont Joseph Reger, CTO bei Fujitsu, im Interview.

Joseph Reger, Fujitsu

Joseph Reger, CTO bei Fujitsu EMEIA

IT-DIRECTOR: Herr Reger, was unterscheidet die für das Quantencomputing nötigen Rechner von herkömmlichen Servern etwa hinsichtlich der Prozessoren, Kühlung oder Energieeffizienz?
J. Reger:
Die meisten Quantencomputer können nur bei extrem niedrigen Temperaturen möglichst nah des absoluten Nullpunkts und abgeschirmt von äußeren elektromagnetischen Einflüssen betrieben werden. Dies entspricht eher Labor- als Rechenzentrumsbedingungen und der erforderliche Aufwand ist dementsprechend hoch. Zudem benötigt man entsprechend geschultes Personal und sämtliche Anwendungen müssen an die Quantencomputer komplett angepasst werden.

IT-DIRECTOR: Wann werden Quantencomputer Ihrer Ansicht nach flächendeckend genutzt werden können?
J. Reger:
Dass Quantencomputer angesichts ihrer immensen Anforderung an Kühlung und Abschirmung so verbreitet sein werden wie heutzutage PCs oder Standardserver, ist nicht abzusehen. Aber mittels des Bezugs aus der Cloud werden Quantenrechner in einigen Jahren für bestimmte Einsatzbereiche durchaus Relevanz erlangen. Aufgrund des sehr hohen Aufwands wird der Eigenbetrieb eines Quantenrechners zunächst die große Ausnahme bleiben.

IT-DIRECTOR: Google hat Anfang März 2018 den 72 Quantenbit starken Prozessor „Bristlecone“ vorgestellt und bereits vor knapp einem Jahr wartete Atos mit einem Maschinensystem auf, welches 40 Quantenbit simulieren kann. Wer wird Ihrer Einschätzung nach den Markt für Quantencomputing in den nächsten Jahren dominieren? Welche Rollen spielen dabei die Hersteller von Prozessoren und Servern?
J. Reger:
Der Markt ist groß genug für etliche Anbieter und verschiedene Ansätze. Wir werden sehen, welcher Ansatz am erfolgreichsten ist. Inzwischen sind alle Arten von Quantenrechnern interessant, die entweder bereits eine Quantenbeschleunigung bringen (zurzeit sind das die adiabatischen Rechner von zum Beispiel D-Wave) oder die sofort einsetzbaren quanteninspirierten klassischen Rechner von Fujitsu. Klassische Rechner, die Quantenrechner simulieren (z.B. Atos) oder echte Quantenrechner, die zwar noch zu klein sind für praktische Zwecke (z.B. Google, IBM), sind ebenfalls interessant, da man mit den lernen kann, Quantenalgorithmen zu entwickeln. Prozessorhersteller wie Intel arbeiten an interessanten Aspekten, z.B. ob man Quantenrechner mit Hilfe bisheriger Halbleitertechnologien entwickeln kann.

IT-DIRECTOR: Marktforscher wie Crisp Research mokieren die noch immer hohe Fehlerrate der neuen Computerklasse. Was ist dran an dieser Einschätzung? Und mit welchen weiteren „Kinderkrankeiten“ haben Quantenrechner noch zu kämpfen?
J. Reger:
Sicherlich stecken Quantenrechner noch in mancherlei Hinsicht in den Kinderschuhen – insbesondere bei der Stabilität und der Genauigkeit. Nicht zuletzt vor diesem Hintergrund hat Fujitsu die „Digital Annealing Unit“ entwickelt, welche manche Vorteile des Quantencomputings auch auf Grundlage konventioneller Server ermöglicht. Dabei imitiert das System Mechanismen des Quantencomputings und erreicht so bei vielen Einsatzbereichen sehr bedeutende Geschwindigkeitsvorteile im Vergleich zu klassischen Prozessoren. Der Digital-Annealing-Chip kann einfach in konventionelle Server wie die bisherigen CPUs eingesetzt werden.

IT-DIRECTOR: Welche prädestinierten Einsatzgebiete gibt es aktuell oder in naher Zukunft für Quantenrechner?
J. Reger:
Die Einsatzbereiche sind vielfältig: Sie reichen beispielsweise von der Optimierung von Anlagen im Finanzsektor über eine verbesserte Logistiksteuerung bis hin zur Molekülforschung und der Medizin. Das Entwickeln patientenindividueller Krebsbehandlungen ist beispielsweise ein Einsatzbereich, für den Quantencomputing deutliche Vorteile bringt.

IT-DIRECTOR: Quantencomputer könnten heutige asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmen wie etwa RSA knacken. Inwieweit wird parallel zum Quantencomputing bereits an darauf basierenden Schutzmaßnahmen (vgl. Quantenkryptographie) geforscht?
J. Reger:
In der Tat werden viele herkömmliche Verschlüsselungsverfahren – insbesondere die asymmetrischen Verfahren – durch funktionierende Quantenrechner schnell zu knacken sein. Der notwendige Algorithmus ist bekannt. Was noch fehlt, ist verfügbare universelle Quantenhardware. Derzeit dominieren bei der Entwicklung von Gegenmaßnahmen zwei Ansätze: Die Post-Quantum-Kryptographie, die auf neuen bzw. erweiterten kryptographischen Algorithmen auf herkömmlichen Rechnern basiert, sowie der Entwicklung gänzlich neuer Verschlüsselungsverfahren mittels Quantenrechner. An beiden Ansätzen wird bereits intensiv geforscht.

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