Technologien für die Ära der Quantencomputer
Veröffentlicht am 11.11.2022
Vor wenigen Jahren galten sie als Wundermaschinen – inzwischen rückt ihr Einsatz näher: Quantencomputer versprechen exponentielle Leistungssteigerungen gegenüber klassischen Rechnern. Die Bundesdruckerei-Gruppe erforscht die Potenziale der neuen Computergeneration und entwickelt Verfahren, die bestehende Systeme vor ihrer Rechenmacht schützen.
Rechnen zwischen null und eins
Noch spielt sich die Diskussion in Fachkreisen ab, doch bald dürften Quantenrechner praktische Relevanz besitzen. Die Computergeneration der Zukunft macht sich die Gesetzmäßigkeiten der Quantenmechanik zunutze und lässt die binären Systeme hinter sich. Während beim klassischen Rechner jedes Bit entweder den Wert null oder eins annimmt, kennen Quantenrechner mit dem Prinzip der Überlagerung (Superposition) eine ganze Reihe weiterer Zustände. Das Verhalten von Teilchen, das den Quantentechnologien zugrunde liegt, mag zwar die Grenzen des intuitiv Vorstellbaren sprengen – hat aber Implikationen von großer Tragweite. Denn die Funktionsweise der Quantencomputer ermöglicht zahlreiche simultane Rechenprozesse und damit die Bewältigung bisher unlösbarer Aufgaben in kürzester Zeit.
Quantenvorteile und Sicherheitsrisiken
In der Leistungsfähigkeit der Quantenrechner liegen große Chancen, verschiedenartigste komplexe Probleme zu lösen – von der Personaleinsatzplanung über die Optimierung von Energienetzen bis hin zur Materialsimulation. Zugleich birgt der Quantencomputer Risiken für bestehende Sicherheitsverfahren: Mit der quantenbasierten Rechenpower sind etablierte Verschlüsselungen gefährdet, die bislang praktisch nicht zu brechen waren. Wo selbst ein – klassisch arbeitender – Supercomputer für simples „Durchprobieren“ von Verschlüsselungen Hunderttausende Jahre bräuchte, könnte ein Quantenrechner sie in kürzester Zeit knacken. Darauf gilt es klassische Sicherheitssysteme vorzubereiten.
Förderprojekte
Die Unternehmen der Bundesdruckerei-Gruppe arbeiten mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammen an unterschiedlichsten innovativen Projekten für die Entwicklung einer sicheren neuen Computergeneration. Wir stellen Ihnen ausgewählte Förderprojekte vor, an denen wir beteiligt sind:
Kooperation mit dem CERN:
Grundlagenforschung trifft IT-Sicherheit
Seit 2019 steht die Bundesdruckerei GmbH in einem engen interdisziplinären Austausch mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des CERN in Genf. Im Fokus steht insbesondere die Frage, wie sich Erkenntnisse aus der Quantenphysik auf IT-Systeme übertragen lassen. So könnten neuartige Verfahren bei der Generierung kryptografischer Schlüssel das quantenmechanische Prinzip der „Verschränkung“ nutzen.
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