Quantencomputing – die IBM Perspektive

„Wir müssen wirklich hart an der Arbeit bleiben […],
denn der Rest der Welt schläft gerade in diesem Bereich nicht“, formulierte
Angela Merkel bei der Einweihung des Quantencomputers in der IBM Niederlassung
Ehningen am 15. Juni 2021. Die Arbeit mit dieser Technologie, wobei es sich
hier um den ersten Quantencomputer in ganz Europa handelt, hat zweifellos große
Bedeutung für die Zukunft von Baden-Württemberg, Deutschland und Europa. Denn dort,
wo klassische Computer und sogar Supercomputer versagen, beginnt erst das Einsatzfeld
der Quantencomputer. Gänzlich ersetzt werden klassische Computer zwar nicht, dies
macht das Quantencomputing als Zukunftstechnologie dennoch nicht weniger
relevant.

Den Einstieg machte Joachim A. Langmack als
Vorstandsmitglied der Sektion Böblingen/Sindelfingen/Leonberg mit einer kurzen
Erzählung über seine Beschäftigung als Werkstudent bei IBM und die damit
verbundene verstärkte Kommerzialisierung der Computertechnologie. Zu dieser
Zeit wurde von IBM das System/360 gebaut, welches in seinen Augen einer der
größten Meilensteine in der Computerentwicklung darstellt.

Anschließend präsentierte Dr. Daniel Unkelhäuser, IBM
Niederlassungsleiter von Ehningen, unseren Mitgliedern einige Fakten über den
Standort und das Unternehmen. So ist IBM für verschiedene bahnbrechende
Erfindungen wie den Magnetstreifen auf Kreditkarten sowie für ihre Innovationen
in Gebieten wie KI oder Cloud Computing bekannt. Auch ging er auf das stete
Wachstum des IBM Standorts Ehningen ein, auf dem aktuell ein neuer Campus gebaut
wird und wohin das Forschungslabor von Böblingen aus verlagert werden soll. Am
wichtigsten in der jüngsten Entwicklungsgeschichte der Niederlassung ist
allerdings der Import von geistigem Eigentum aus den USA in Form des
Quantencomputers, den man vor nunmehr etwa einem Jahr in Ehningen aufgebaut
hat. Dr. Unkelhäuser sprach auch die Wichtigkeit des „groß Denkens“ und der
Schaffung eines Ökosystems an, bei dem Kontakte zwischen dem Standort und namenhaften
Universitäten, Firmen, Start-Ups, Forschungseinrichtungen sowie Politikern
aufgebaut werden sollen. Als wichtigsten aktuellen Teil dieses Ökosystems benannte
er dabei das sogenannte „Quantum Village Ehningen“. Dabei handelt es sich um
eine Kooperation von IBM Ehningen mit der Fraunhofer-Gesellschaft, welche
Zugang zum Ehninger Quantencomputer erhält und eines der Gebäude als Quantum
& AI Experience Center mietet. Insgesamt stimmte Dr. Unkelhäuser der
Ansicht von Angela Merkel zu, dass sich mit der Ansiedlung von
Quantentechnologie in Baden-Württemberg eine enorme Chance für die Region,
Deutschland wie auch Europa auftut, die aber auch tatsächlich genutzt werden muss,
weshalb weitere Kooperationen für den Fortbestand dieser Zukunftstechnologie in
Deutschland elementar sind.

Im Anschluss daran gab Konstantin Konson, Quantum
Ambassador, einen tieferen Einblick in die dem Quantencomputer zugrundeliegende
Technologie. Er begann damit, dass bei der Konzeption von Quantencomputern das
Simulieren der Welt als Ziel bestimmt wurde. Das Problem dabei war allerdings,
dass die Welt klassisch, eine Simulation allerdings Quantum-bezogen ist. Daher
lassen sich solche Simulationen, wie zum Beispiel Wettervorhersagen, nicht von
klassischen Computern in annehmbarer Zeit lösen, nicht einmal von
Supercomputern. Dies macht den Bau von Quantencomputern notwendig, welche an vergleichbaren
Aufgaben nicht scheitern. Probleme in der Routenoptimierung von
Transportfahrzeugen zur Fahrzeit- und Treibstoffsenkung kann beispielsweise
kein herkömmlicher Computer lösen, bevor es bereits viel zu spät ist. Weitere
exponentielle Probleme wie Kryptographie oder das Simulieren von Molekülen zur
Materialforschung, lassen sich ebenfalls nicht von klassischen Computern
simulieren, ohne dafür Unmengen an Zeit zu brauchen. Ein Quantencomputer ist
diesen Herausforderungen allerdings gewachsen, was in der Natur der jeweiligen
Computer begründet ist: Ein klassischer Computer arbeitet mit Bits, also
Einheiten, deren Zustand entweder 0 oder 1 sein kann. Ein Quantencomputer
dagegen basiert auf Quantenbits oder Qubits, die man sich wie die Erdoberfläche
vorstellen kann. Die beiden Pole stellen dabei 0 und 1 dar, und ähnlich, wie
man an verschiedenen Orten auf der Erde sein kann, hat ein Qubit unendlich
viele Zustände, die alle eine Mischung aus 0 und 1 sind. Ein Quantencomputer
besitzt mehrere sogenannte Bit Gates, bei der mehrmals hintereinander die
„entweder 0 oder 1“-Frage gestellt wird. Für jedes Bit Gate steigt die Anzahl
der Dinge, die der Computer maximal simulieren kann. Der Quantencomputer in
Ehningen besitzt 127 solcher Qubits – 279 wären nötig, um alle Atome im
Universum abzubilden und damit theoretisch das gesamte Universum simulieren zu
können. Was Quantencomputer letztendlich produzieren, sind somit Wahrscheinlichkeiten.
Dies ist großartig für Simulationen, wodurch klar wird, dass Quantencomputer
und klassische Computer verschiedene Einsatzbereiche haben.

Zum Abschluss wurde unseren Mitgliedern eine
Besichtigung des viel benannten Quantencomputers ermöglicht, wobei es sich –
laienhaft formuliert – um einen etwa menschengroßen Zylinder mit einem
Innenleben aus Leitungen und Kühltechnik handelt. Sein Kernstück ist dabei der
sogenannte Eagle Chip am Fuße des kronleuchterartigen Gebildes. Dieser hat in
etwa die Größe einer 2-Euro-Münze und beinhaltet die 127 Qubits. Unter
Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und im Vakuum können so mithilfe
dieses kleinen Chips komplexe Simulationen innerhalb von Minuten ausgeführt
werden, für die selbst Supercomputer Jahrhunderte benötigen würden.