Quantencomputer: Wann sie die Verschlüsselung knacken - und was danach kommt

Als der theoretische Physiker Peter Zoller 1995 gemeinsam mit Ignacio Cirac den ersten realistischen Bauplan für einen Quantencomputer vorlegte, verglich er den Wettlauf um die Maschine später mit der Erstbesteigung des Mount Everest. „Beim Klettern schaut man sich um und fragt: Wer ist die Nummer eins?“, sagte Zoller. „Erst wenn man oben steht, fragt man sich: Warum zum Teufel haben wir das eigentlich gemacht?“ Drei Jahrzehnte später ist die Frage nach dem „Warum“ drängender denn je. Quantenprozessoren mit mehr als tausend Qubits existieren bereits, doch für praktische Probleme, die kein klassischer Supercomputer lösen kann, reichen sie noch lange nicht. Ein nüchterner Blick auf die tatsächlichen Fähigkeiten und die Zeithorizonte zeigt: Der Gipfel ist in Sicht, aber der Weg dorthin ist steiler als gedacht.

Der Gipfel in Sicht: Meilensteine der Quantenüberlegenheit

Im Jahr 2019 meldete ein Team um den Quantenphysiker John Martinis einen Durchbruch. Googles 53-Qubit-Prozessor Sycamore löste eine spezielle Rechenaufgabe in 200 Sekunden - eine Aufgabe, für die der beste klassische Supercomputer nach Schätzung der Forscher rund 10.000 Jahre gebraucht hätte. Dieser erste Nachweis eines „Quantenvorteils“ war ein Meilenstein, doch er wurde schnell relativiert. IBM argumentierte, ein klassischer Rechner könne dasselbe Problem in nur zweieinhalb Tagen bewältigen. Vor allem aber handelte es sich um ein akademisches Prinzipexperiment ohne praktischen Nutzen. „Googles Demonstration war wichtig, aber viele würden sagen, dass sie noch keinen Durchbruch bei einem Problem von breiter praktischer Bedeutung darstellte“, erklärt der Quantenphysiker Kihwan Kim vom Institute for Basic Science in Südkorea.

Seitdem ist die Zahl der Qubits rasant gestiegen. IBM und das kalifornische Unternehmen Atom Computing führen das Feld mit Prozessoren von über 1.000 Qubits an, und eine Gruppe am California Institute of Technology meldete kürzlich ein Array mit mehr als 6.000 Qubits. Doch die schiere Menge allein genügt nicht. Um Aufgaben zu bewältigen, die jenseits der Reichweite selbst der besten klassischen Supercomputer liegen - etwa die Simulation komplexer Moleküle oder das Knacken gängiger Verschlüsselungen - , braucht es nach Einschätzung der Fachwelt mindestens eine Million fehlertoleranter Qubits. Martinis, heute emeritierter Professor an der University of California, Santa Barbara, und Mitgründer des Hardware-Start-ups Qolab, dämpft die Euphorie: „Es gibt keine Garantie, dass wir jemals Computer mit einer Million Qubits bauen werden. Der Beweis wird sein, sie zu bauen und zu sehen, dass sie funktionieren.“

Die RSA-Festung: Wann fällt die Verschlüsselung?

Die wohl bekannteste Verheißung der Quantencomputer ist die Fähigkeit, die RSA-Verschlüsselung zu brechen - jenes jahrzehntealte Protokoll, das weltweit Banktransfers, Kryptowährungen und digitale Kommunikation schützt. Lange galt die Annahme, dafür sei ein Prozessor mit mindestens einer Million Qubits nötig. Doch im Februar 2026 senkte ein Team des australischen Unternehmens Iceberg Quantum diese Schwelle dramatisch. Mit sorgfältiger Optimierung und Fehlerkorrektur, so die noch nicht begutachtete Rechnung, könnten Hacker bereits mit weniger als 100.000 Qubits auskommen. Die Studie hat in der Fachwelt für Aufsehen gesorgt. „Viele halten die Bedrohung durch Quantencomputer für Hokuspokus - und auch ich war skeptisch - , aber es braucht vielleicht nur noch ein paar Arbeiten wie diese, um das Knacken von RSA relevant zu machen“, sagt Artur Ekert, Kryptographie-Experte an der University of Oxford.

Martinis’ Einschätzung hat sich in den letzten Jahren ebenfalls gewandelt. „Wenn Sie sich um RSA-Verschlüsselung sorgen - und das sollten Sie - , würde ich sagen, sie könnte in fünf bis zehn Jahren gebrochen werden“, warnt er. Google kündigte im März 2026 an, seine Systeme bis 2029 auf quantensichere Verfahren umzustellen. Die Grundlage für diese Dringlichkeit lieferte der Mathematiker Peter Shor bereits 1994. Sein Algorithmus nutzt die Fähigkeit von Qubits, durch Superposition und Verschränkung alle möglichen Rechenpfade gleichzeitig zu durchlaufen, um große Zahlen exponentiell schneller in ihre Primfaktoren zu zerlegen als jeder klassische Rechner. Noch existiert kein Quantencomputer, der Shors Algorithmus auf praxisrelevante Schlüssellängen anwenden kann, doch die Richtung ist klar.

Die gute Nachricht: Die Welt ist nicht schutzlos. Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) veröffentlichte bereits 2024 drei quantenresistente kryptographische Verfahren. Zoller glaubt, dass diese Entwicklung die Gefahr weitgehend entschärft, weil die Gesellschaft rechtzeitig auf neue Standards umsteigen könne. „Shors Algorithmus wird vielleicht eher als wissenschaftliche Meisterleistung von historischer Bedeutung in Erinnerung bleiben, die den Bau von Quantencomputern inspirierte, als wegen seiner Implikationen für die Verschlüsselung“, sagt er. Ekert bleibt weniger gelassen: Er verweist auf einen chinesischen Informatiker, der im vergangenen Jahr eine weitere potenzielle Schwachstelle in der Post-Quanten-Kryptographie aufzeigte.

Jenseits der Kryptographie: Materialdesign und Medikamente

Während die Kryptographie die öffentliche Debatte dominiert, sehen viele Forscher die eigentliche Revolution woanders. Quantencomputer sind von Natur aus prädestiniert, quantenmechanische Systeme zu simulieren - eine Aufgabe, an der klassische Rechner selbst bei moderaten Molekülgrößen scheitern. „Wir können heute Dinge wie Supraleitung, künstliche Photosynthese und kleine Medikamentendesigns simulieren“, sagt Michelle Simmons, Gründerin von Silicon Quantum Computing. Gemeint sind damit allerdings noch keine industriellen Anwendungen, sondern Simulationen auf einem Niveau, das mit wenigen Dutzend fehlerbehafteter Qubits möglich ist. Im März 2026 zeigte eine multi-institutionelle Gruppe, dass IBMs supraleitende Heron-Prozessoren mit 50 oder weniger Qubits die Ergebnisse von Neutronenstreuexperimenten an einem antiferromagnetischen Kristall in bisher unerreichter Größe vorhersagen konnten - allerdings räumten die Physiker ein, dass klassische Computer dieselbe Aufgabe schneller und genauer lösten.

Das langfristige Versprechen ist dennoch gewaltig. Ein fehlertoleranter Quantencomputer mit Millionen Qubits könnte neue Katalysatoren für die chemische Industrie entwerfen, den Wirkstofftransport im Körper simulieren oder Hochtemperatur-Supraleiter berechnen, die Strom verlustfrei leiten. Anders als bei der Kryptographie geht es hier nicht um das Brechen bestehender Systeme, sondern um das Erschaffen neuer. „Es ist eine aufregende Zeit, weil die Leute Quantencomputer mit Hunderten und Tausenden von Qubits ins Feld schicken“, sagt Martinis. Doch der Sprung von tausend auf eine Million Qubits ist kein lineares Skalierungsproblem, sondern verlangt fundamentale Fortschritte in der Fehlerkorrektur.

Der lange Weg zum Basislager: Fehlerkorrektur und Skalierung

Qubits sind extrem empfindlich. Sie verlieren ihre Quanteneigenschaften durch kleinste Wechselwirkungen mit der Umgebung - ein Phänomen, das Dekohärenz genannt wird. Um verlässliche Ergebnisse zu erhalten, müssen Fehler in Echtzeit erkannt und korrigiert werden. Dafür werden viele physikalische Qubits zu einem logischen Qubit zusammengeschaltet. Die derzeitigen Fehlerraten sind jedoch so hoch, dass für ein einziges logisches Qubit oft Tausende physikalischer Qubits nötig sind. Genau darin liegt die gewaltige Herausforderung: Eine Million fehlertoleranter Qubits würde nach heutigem Stand viele Millionen oder gar Milliarden physikalischer Qubits erfordern.

Die Fortschritte der letzten Jahre stimmen dennoch vorsichtig optimistisch. Neue Qubit-Architekturen - von gefangenen Ionen über neutrale Atome bis zu supraleitenden Schaltkreisen - konkurrieren um die besten Fehlerraten und Kohärenzzeiten. Gleichzeitig arbeiten Theoretiker an effizienteren Fehlerkorrekturcodes. Die Iceberg-Studie zur RSA-Verschlüsselung illustriert, wie stark algorithmische Verbesserungen die benötigte Qubit-Zahl senken können. Doch Martinis warnt vor übertriebenen Erwartungen: „Der Beweis wird sein, sie zu bauen und zu sehen, dass sie funktionieren.“

Am Ende erinnert der Weg zum praktischen Quantencomputer tatsächlich an eine Expedition zum höchsten Gipfel der Welt. Jeder technologische Durchbruch bringt die Forscher ein Stück höher, doch die dünne Luft der Skalierung und Fehlerkorrektur macht jeden weiteren Schritt zur Qual. Die Frage ist nicht mehr, ob der Gipfel erreicht wird, sondern wann - und ob die Menschheit dann mehr in Händen hält als eine spektakuläre Aussicht. Die Antwort darauf wird nicht in den Schlagzeilen über Qubit-Rekorde zu finden sein, sondern in den stillen Fortschritten jener Labore, die aus fragilen Quantenzuständen belastbare Werkzeuge schmieden.

Quellen:

• Scientists reverse Alzheimer’s in mice with breakthrough nanotechnology (ScienceDaily - All)
• Which problems will quantum computers solve - and when? (Scientific American)
• Advancing voice intelligence with new models in the API (OpenAI Blog)
• AI can take the friction out of life, but some effort can be good (Science News)
• The future of robot armies is here - and it’s not what you think (New Scientist)
• Connected Biochip Tracks How Diabetes Triggers Dementia (Neuroscience News)

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Kinetyra