„Quanteninformatik wird die traditionelle nicht ersetzen“

width="1024" height="719" sizes="auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px">Über Quantentechnologie aufzuklären, ist für Wissenschaftlerin Sonia Fernández-Vidal nicht nur Herzensangelegenheit, sondern auch bürgerliche Pflicht.SFV



Das Verständnis des Universums änderte sich Ende des 19. Jahrhunderts radikal, als Max Planck eine revolutionäre Hypothese vorstellte, die mit den traditionellen Prinzipien der klassischen Physik brach und das Zeitalter der Quantenphysik einläutete. Es war eine echte Revolution, die später von Wissenschaftlern wie Albert Einstein und Werner Heisenberg untermauert wurde – und zu herausragenden technologischen Erfindungen geführt hat, die heute weit verbreitet sind. Zum Beispiel Transistoren und Mikrochips – also die Grundlage der modernen Datenverarbeitung.



Inzwischen befinden wir uns inmitten der sogenannten „zweiten Quantenrevolution“. Diese verspricht, die aktuelle Telekommunikation, Verschlüsselungstechniken sowie die Informatik selbst maßgeblich zu verändern. Die spanische Wissenschaftlerin Sonia Fernández-Vidal hat ihre Karriere der Quantenphysik gewidmet und setzt alles daran, um diese Welt für andere greifbar(er) zu gestalten: Zunächst im Labor, dann auf dem Papier – und nun in der Praxis. Als promovierte Wissenschaftlerin für Quantenoptik an der Autonomen Universität von Barcelona hat sie an einigen der renommiertesten Institutionen der Welt geforscht, darunter dem CERN in der Schweiz und dem Los Alamos National Laboratory in den USA.



Darüber hinaus ist die Quantenexpertin auch Bestseller-Autorin: Aus ihrem 2011 veröffentlichten Roman „La puerta de los tres cerrojos“ entwickelte sich eine Buchreihe, in der Fernàndez-Vidal Kindern und Erwachsenen gleichermaßen die Magie der Quantenwelt näherbringen möchte. Esther Macìas, Chefredakteurin von Computerworld España, hatte die Gelegenheit, ein ausführliches Interview mit der Wissenschaftlerin zu führen. Unter anderem darüber,




wie der aktuelle Status Quo in Sachen Quantum Computing aussieht,



warum traditionelle Rechner trotzdem nicht verschwinden werden, und



wie sich Unternehmen am besten auf die Technologie vorbereiten können.




„Wissenschaft ist ein zweischneidiges Schwert“



Die Fortschritte, die die Prinzipien der Quantenphysik und -mechanik in der Vergangenheit in vielen Bereichen hervorgebracht haben, waren enorm. Wie sehen Sie die aktuelle Wende, die sich mit der Zweiten Quantenrevolution vollzieht – insbesondere mit Blick auf den technologischen Bereich?



Sonia Fernández‑Vidal: Wir stehen am Beginn der sogenannten “Zweiten Quantentechnologischen Revolution”, deren Auswirkungen wir uns noch gar nicht vorstellen können. Und das, obwohl diese bereits über die Grenzen der Forschungszentren hinausgewachsen ist und Anwendung in der Industrie findet. Ein Beispiel dafür liefern etwa die Fortschritte in der Metrologie und bei Quantensensoren. Letztere sind weitaus präziser als bisherige und werden etwa eingesetzt, um Gas- oder Öl-Vorkommen unter der Erde aufzuspüren.



Diese Technologie könnte die derzeitigen Techniken zur Erkundung von Energieressourcen revolutionieren. Im Bereich der Medizin hingegen kann der Einsatz solcher Sensoren die Erkennung von Tumor- oder Krebszellen beschleunigen und die Diagnose sowie die Behandlungsmöglichkeiten verbessern. Auch in der Kommunikation wird es eine Revolution geben: Am Quanteninternet wird bereits gearbeitet.



Darüber hinaus werden derzeit auch Fortschritte im Bereich der Quantenkryptografie erzielt. Die sind nützlich, um Organisationen auf die Risiken vorzubereiten, denen die aktuellen kryptografischen Systeme ausgesetzt sind, sobald der erste Quantencomputer auf den Markt kommt. Im Bankwesen laboriert man bereits an entsprechenden Lösungen – und auch viele Technologieunternehmen und Startupshaben bereits neue Verschlüsselungssysteme entwickelt.



Glauben Sie, dass sich in diesem Bereich eine Blase gebildet hat – trotz der Fortschritte, die von Konzernen wie Google oder IBM erzielt wurden?



Fernández‑Vidal: Es gibt viel Hype um das Thema und entsprechend auch viele reißerische Schlagzeilen. Aber wenn ich 20 Jahre zurückblicke, ist die Realität, dass die damaligen Erwartungen an die Entwicklung der Quanteninformatik und -kommunikation bereits übertroffen wurden. Es geht schneller voran als erwartet. Die Fortschritte sind dabei nicht kontinuierlich, aber es gibt Meilensteine, die den Wandel dann sehr schnell vorantreiben. Deshalb ist es auch nicht so einfach vorherzusagen, wann diese Technologien auf den Markt kommen werden. Die beiden genannten Akteure stehen im Wettlauf um Quantentechnologien an vorderster Front – ein Wettlauf, der sich auch auf internationaler Ebene zwischen den USA und China abspielt. Das erinnert mich an den Wettlauf, der sich Ende der 1970er Jahre im Weltraum abspielte.



Es herrscht allgemeine Einigkeit darüber, dass Quantencomputer viel schneller und leistungsfähiger sein werden als ein traditioneller Rechner, aber das greift zu kurz. Es stimmt zwar, dass Quantencomputer exponentiell schneller sein können, aber darum geht es nicht. Wir müssen verstehen, dass Quanten- und klassische Datenverarbeitung völlig unterschiedliche Technologien sind, mit unterschiedlichen algorithmischen Systemen und einer anderen Art von Hardware. Um es verständlich zu machen: Es verhält sich so wie bei der Kommunikation über Rauchsignale und Telefon: In beiden Fällen handelt es sich um Kommunikationsformen, die aber völlig unterschiedlich sind.



Letztendlich ist die Quanteninformatik gerade deshalb sehr vielversprechend, weil sie vollkommen anders ist. Aber ich glaube nicht, dass sie die klassische Informatik ersetzen wird. Denn wir sprechen nicht von leistungsstärkeren, sondern von grundlegend anderen Computern. Meine Zukunftshypothese dazu ist, dass künftig wahrscheinlich eine Kombination aus klassischer und Quanteninformatik zum Einsatz kommen wird – wobei wir uns mit der Cloud verbinden, wenn ein Quantenalgorithmus benötigt wird.



Und was die Anwendungen angeht: Viele werden natürlich unvorhersehbar sein, wie es immer der Fall ist, wenn eine solche Technologie aufkommt. Aber allein die Tatsache, dass man Materialien auf atomarer Ebene, also auf der Ebene subatomarer Teilchen, simulieren kann, wird entscheidend dazu beitragen, neue Materialien oder Medikamente zu entwickeln. Mit Quantencomputern werden viele Probleme leichter zu lösen sein. Aber die Technologie wird auch neue Risiken und Gefahren aufwerfen. An dieser Stelle schließ sich der Kreis zur Geopolitik.



Was denken Sie wird passieren, wenn die USA oder China über einen funktionsfähigen Quantencomputer verfügen?



Fernández‑Vidal: Das dürfte zweifellos außerordentliche geopolitische Vorteile mit sich bringen. Man wird mit der Technologie nicht nur die Informationen der jeweiligen Gegenseite entschlüsseln können, sondern auch über einen exponentiellen technologischen Vorsprung verfügen, der sich auf Medizin, Materialwissenschaft und weitere Bereiche anwenden lässt.



Und man darf nicht vergessen, dass dahinter nicht nur Regierungen oder Forschungszentren stehen, sondern auch Konzerne. Es handelt sich also letztlich um ein neues Szenario, das sich von dem bisherigen unterscheidet. Das erinnert dann an noch deutlich bedrohlichere Wettläufe, als den ins All – etwa dem zwischen dem „Manhattan-Projekt“ und dem „Uranverein“. Denn letztendlich ist die Wissenschaft kein Füllhorn, aus dem nur Gutes für die Menschheit entspringt: Aus ihrem Schoß gingen auch Atombomben hervor. Wir müssen uns sehr bewusst sein, dass die Wissenschaft ein zweischneidiges Schwert ist.



Deshalb ist es auch so wichtig, dass diese Technologien der Öffentlichkeit gut vermittelt werden. Wie Carl Edward Sagan in seinem Buch „Cosmos“ darlegte, haben wir unsere Gesellschaften auf hochentwickelter Wissenschaft und Technologie gegründet, diese aber so strukturiert, dass niemand etwas darüber weiß. Sagan warnte davor, dass die Kombination aus hochentwickelter Wissenschaft und Technologie und einer großen Unkenntnis der Zivilisation über deren Funktionsweise letztendlich zu einer explosiven Mischung führen wird.



Deswegen bin ich davon überzeugt, dass es auch eine bürgerliche Pflicht ist, über Quantentechnologien oder Quantencomputer zu sprechen und aufzuklären. Und es ist eine politische Aufgabe des 21. Jahrhunderts, dafür zu sorgen, dass wir alle ein Verständnis dafür entwickeln, wie diese Technologien funktionieren. Und ich beziehe mich dabei nicht nur auf Quantentechnologien, sondern auch auf künstliche Intelligenz. Wir sollten uns an einen Satz des Friedensnobelpreisträgers Christian Lous Lange aus den 1920er Jahren erinnern: “Technologie ist ein nützlicher Diener, aber ein gefährlicher Herr.”



„Wieder Schlusslicht zu sein, können wir uns in Europa nicht leisten“



Sehen Sie die Verbindung von KI und Quanteninformatik ebenfalls als einen explosiven Mix?



Fernández‑Vidal: Wenn diese beiden Wissensbereiche aufeinandertreffen, wird das ein zweischneidiges Schwert sein. Machine-Learning-Algorithmen auf die Quanteninformatik anzuwenden, wird sehr attraktiv sein. Tatsächlich wird an dieser Art von Algorithmen auch bereits gearbeitet. Dabei verfügen wir noch nicht über die Hardware, also die physikalischen Quantencomputer, um diese auszuführen.



Was denken Sie – wann wird der erste reine Quantencomputer voll funktionsfähig sein?



Fernández‑Vidal: Inzwischen haben wir einen Punkt erreicht, den man als „Quantum Supremacy“ bezeichnet – ein etwas unglücklicher Begriff, der gerade geändert wird. Im Moment sind Quantencomputer noch nicht funktionsfähig. Optimisten gehen davon aus, dass sich das innerhalb der nächsten fünf Jahre ändern wird, Pessimisten gehen eher von einer Dekade aus. Wir werden also bald wissen, welche Fraktion näher an der Realität ist.



Wie würden Sie die europäische Landschaft im Bereich der Quanteninformatik beschreiben?



Fernández‑Vidal: Offensichtlich gibt es in den USA mehr Flexibilität für Technologie-Startups als in Europa. Das haben wir auch im Bereich der KI beobachtet. Was die Forschung angeht, so verfügen wir in Europa zwar über sehr gute Zentren. Das Problem ist aber der Mangel an Investitionen, die weit hinter denen der USA und Chinas zurückbleiben. Dabei müssen wir gerade in Europa dafür Sorge tragen, diese neuen Technologien bei uns zu entwickeln.



Warum das wichtig ist, zeigt ein Blick auf die Entwicklung des Chip-Marktes: Wir haben aufgehört, bei uns zu produzieren, weil wir dachten, dass das anderswo schneller und billiger geht. Nur um am Ende zu erkennen, dass das ein strategischer Fehler war. Die Quantum-Flagship-Projekte, die die EU später gefördert hat, um die Entwicklung von Quantenchips der neuen Generation zu unterstützen, wurden vorangetrieben, damit wir in diesem Wettlauf nicht wieder das Schlusslicht sind. Denn das können wir uns in Europa nicht leisten.



Sie haben in der Vergangenheit am CERN und am Los Alamos National Laboratory in den Vereinigten Staaten gearbeitet. Welche Erkenntnisse haben Sie von dort mitgenommen?



Fernández‑Vidal: Ich war noch sehr jung, als ich am CERN tätig war. Dort habe ich nicht auf dem Gebiet der Quantenphysik gearbeitet, sondern in der Teilchenphysik. Es war zweifellos eine sehr interessante Erfahrung aufgrund der engen Zusammenarbeit, die dort zwischen Forschern aller Länder, Nationalitäten und Ethnien stattfindet. Diese Art der Zusammenarbeit gilt an renommierten Business Schools als Fallstudie.



Und ich glaube, sie funktioniert deshalb, weil dort alle auf dasselbe, gemeinsame Ziel hinarbeiten: Die Ursprünge des Universums zu entschlüsseln, um zu verstehen, wie es aufgebaut ist. Es ist eine Mission, die so stark ist, dass sie sämtliche Barrieren überwindet. Manchmal wurde ich gefragt, ob ich mich dort in gewisser Weise diskriminiert gefühlt habe, weil ich damals eine junge Frau war – die Antwort lautet ganz klar nein. In diesem Umfeld sehen wir uns alle als „Gehirne auf zwei Beinen“.



„Das momentane Bild macht mir Angst“



Was empfehlen Sie IT-Fachleuten und -Führungskräften in Organisationen, um sich auf die bevorstehende Quantenrevolution vorzubereiten?



Fernández‑Vidal: Es ist empfehlenswert, sich mit dem Thema der Quantenverschlüsselung zu befassen. Aber auch damit, welche Optimierungen durch den Einsatz dieser Technologie möglich werden – beispielsweise im Hinblick auf Risikosimulationen. Ich würde IT-Entscheidern zudem raten, umsichtig zu agieren und keine voreiligen Entscheidungen zu treffen. Das Gleiche empfehle ich auch in Bezug auf KI: Wir dürfen nicht glauben, dass diese Technologien sämtliche unserer Analysten ersetzen werden. Ich rechne damit, dass einige Technologieunternehmen voreilig getroffene Entscheidungen rückgängig machen müssen.



Man muss genau verstehen, was KI leisten kann und was nicht. Ich sehe die Technologie als eine Art „Ironman-Anzug“. Der multipliziert die Fähigkeiten des Menschen, der darin steckt, funktioniert ohne ihn aber nicht. Bei Quantentechnologien verhält es sich ebenso. Die beiden wichtigsten Dinge sind aus meiner Sicht, gut informiert zu sein und sich von den Veränderungen nicht verrückt machen zu lassen. Es gibt noch keinen funktionierenden Quantencomputer. Und wir wissen nicht genau, wo wir an Grenzen stoßen werden. Deshalb ist Vorsicht geboten.



Machen Sie sich Sorgen über den Wandel auf dem Arbeitsmarkt, der sich durch die Demokratisierung neuer Formen generativer und agentiver KI bereits abzeichnet?



Fernández‑Vidal: Ich bin keine Expertin für künstliche Intelligenz, aber das momentane Bild macht mir Angst – vor allem im Hinblick auf unsere Kinder. Die Frage ist vor allem, welche Berufe es künftig noch geben wird und welche verschwinden. Allerdings hat die Menschheit bereits ähnliche Veränderungen durchlebt, man denke nur an die Industrialisierung. Als diese ihren Lauf nahm, hat sie die damalige Gesellschaft völlig revolutioniert. Wahrscheinlich werden wir einen ähnlichen Wandel durchlaufen müssen.



Welche Berufsprofile werden wir aus Ihrer Sicht im Quantenzeitalter brauchen?



Fernández‑Vidal: Physiker und Mathematiker sind die Berufsgruppen, die wahrscheinlich am besten mit all den kommenden Veränderungen zurechtkommen werden. Andererseits kann ich mir auch vorstellen, dass Universitäten demnächst auch Studiengänge im Bereich Quantum Engineering einführen werden.



Was würden Sie in Ihrer Rolle als Wissenschaftlerin den politischen Entscheidungsträgern gerne einmal sagen?



Fernández‑Vidal: Dass Forschung kein Schalter ist, den man nach Belieben bedienen kann. Kürzungen haben Konsequenzen und Investitionen sind nicht nur notwendig, sondern müssen auch langfristig aufrechterhalten werden. Wir sollten uns daran erinnern, dass nicht die reichsten Länder in F&E; investieren, sondern dass diese Investitionen die Länder erst reich machen. Wenn wir uns dessen nicht bewusst sind, werden wir im Wettlauf um die Technologie zurückfallen – mit all den damit verbundenen Nachteilen, auch geopolitischer Art.



Das ist eine Angelegenheit, die nicht nur eine Gemeinschaft von Wissenschaftlern betrifft, sondern uns alle als Bürger. Als solche haben wir nicht nur das Recht, uns darüber zu informieren, wie Technologien funktionieren, sondern auch die Pflicht. (fm)



Dieser Artikel ist im Original bei unserer Schwesterpublikation Computerworld.es erschienen.