Quantencomputer in der Schweiz - Erstmals können Private die unglaubliche Rechenpower nutzen

Forscher oder Firmen sollen zum ersten Mal in der Schweiz Quanten-Rechenleistung einkaufen können.

Quantencomputing gilt als Technologie der Zukunft. «Mit Quantenrechnern können wir mathematische Probleme ungemein viel schneller lösen als bisher», sagt Damir Bogdan, Geschäftsführer von Quantum Basel.

Tatsächlich: Diese neue Art von Computer soll komplexe mathematische Probleme innerhalb von rund 100 Sekunden lösen können. Konventionelle Rechner würden für das Lösen der gleichen Aufgabe rund eine Million Jahre benötigen.

Darum hat der Quantencomputer beim Rechnen einen Vorteil

Ab 2023 hat Quantum Basel Zugriff auf den IBM-Quantencomputer.

zvg, Uptown Basel

Statt mit Bits rechnet ein Quantencomputer mit sogenannten Quantenbits, auch Qubits genannt. Das quantenmechanische Prinzip der Superposition macht es möglich, dass ein Qubit zwei Zustände auf einmal haben kann – also nicht nur 0 oder 1, sondern auch 0 und 1.

Null, Eins – oder beides gleichzeitig

Während zwei herkömmliche Bits also entweder den Wert 00, 01, 11 oder 10 haben, können zwei Quantenbits alle vier Werte gleichzeitig haben, da sie beide gleichzeitig die Zustände 0 und 1 sein können. Damit steigt die Rechenleistung exponentiell an.

Dank dem Prinzip der Superposition kann ein Quantencomputer bestimmte Berechnungen parallel anstellen. Ein herkömmlicher Computer rechnet dagegen sequenziell, also hintereinander.

Ein Beispiel

Muss ein herkömmlicher Computer den optimalen Weg berechnen, der die Punkte A, B, C und D verbindet, probiert er erst die Strecke von A nach B nach C nach D aus. Danach versucht er die Strecke von A nach C nach D nach B. Danach die Strecke von A nach D nach B und nach C und so weiter. Am Ende vergleicht er die verschiedenen Resultate und wählt das Beste aus.

Ein Quantencomputer dagegen muss diese Berechnungen nicht hintereinander anstellen, sondern kann sie parallel rechnen. Dadurch spart er viel Zeit – und die Zeitersparnis wächst exponentiell mit jedem weiteren Punkt, der dazukommt.

Zum ersten Mal gibt es jetzt in der Schweiz einen kommerziell nutzbaren Quantencomputer-Hub. «Quantum Basel» steht im Kanton Baselland, genauer in Arlesheim auf dem Innovationscampus von Uptown Basel. «Quantencomputing sind Methoden und Technologien, die das, was wir heute machen, völlig in den Schatten stellen», sagt Thomas Staehelin, Hauptinvestor bei Uptown Basel.

Das ist ein Game-Changer für verschiedensten Industrien, zum Beispiel bei der Entwicklung von Medikamenten oder in der Berechnung von Finanzrisiken.

Damir Bogdan Geschäftsführer von Quantum Basel

Allerdings steht in Arlesheim selbst kein Quantencomputer. Es ist ein Zugang via Cloud zu hohen Rechenleistungskapazitäten. Am anderen Ende steht das internationale Quantennetzwerk von IBM und der kanadischen IT-Firma, die D-Wave Systems.

Neu ist, dass die enorme Rechenpower damit in der Schweiz auch für den kommerziellen Nutzen offen steht. «Das ist ein Game-Changer für verschiedensten Industrien. Sei es in der Entwicklung von Medikamenten oder in der Berechnung von Finanzrisiken», sagt Damir Bogdan, Geschäftsführer von Quantum Basel.

Präsentation des Projekts am Quantum Future Day.

zvg, Uptown Basel

Mit Quantencomputing könne man in Zukunft zum Beispiel präzisere Diagnosen stellen, Arzneimittel schneller entwickeln, Batterien für Elektrofahrzeuge besser bauen oder Flugrouten optimieren, ist Bogdan überzeugt.

So beurteilt die SRF-Wissenschaftsredaktorin das Projekt

SRF News: Sind die Hoffnungen in die neue Technologie der Quantencomputer gerechtfertigt?

SRF-Wissenschaftsredaktorin Katharina Bochsler: Bisher haben Quantencomputer vor allem akademische Aufgaben gelöst. Diese weisen keinen konkreten Nutzen auf, zeigen aber, dass die Technologie funktioniert. Und in Zukunft, so die Hoffnung, sollen Quantencomputer eben bei komplexen Problemen eingesetzt werden, die parallele Berechnungen nötig machen. Dazu gehört zum Beispiel die Synthese von Molekülen, von denen man wissen möchte, ob sie als therapeutische Wirkstoffe von Nutzen sind und zur Medikamentenentwicklung taugen. Deshalb ist zum Beispiel die Pharmaindustrie sehr interessiert an der Quantencomputer Forschung.

Wo steht denn die Technologie derzeit?

Viele Quantencomputer funktionieren recht gut, allerdings immer noch mit geringer Rechenleistung. Die Prototypen haben bis jetzt noch praktisch keine richtigen Probleme gelöst. Zwar versuchen sich die grossen Tech-Konzerne mit der Anzahl Qubits ihrer Quantencomputer zu übertrumpfen. Aber die Quantencomputer sind noch instabil. Denn Qubits beruhen auf quantenmechanischen Phänomenen, die äusserst irritierbar sind. So stört sie zum Beispiel bereits das geringste Zittern der Atome in ihrer Umgebung. Kurz, Quantencomputer sind heute noch extrem fehleranfällig und Forschende mühen sich hauptsächlich mit der Zähmung dieser widerspenstigen Qubits ab.

Und wo steht die Schweiz bei diesen Entwicklungen?

Die Schweiz ist beim Quantencomputing ganz vorne mit dabei. Aber die Schweiz hat auch ein Problem: Im Frühling wurde sie als Drittstaat von der EU zusammen mit Grossbritannien und Israel aus dem mächtigen und wichtigen EU-Quantenforschungsprogramm ausgeschlossen. Das ist für die Forschenden hierzulande weniger ein finanzielles Problem, aber es stehen für die Schweizer Forschenden wichtige Beziehungen auf dem Spiel.

Das Gespräch führte Christina Scheidegger.

Und welche Unternehmen zeigen denn heute schon Interesse? «Ich möchte noch keine konkreten Firmen nennen, aber ich kann Ihnen versichern, wir stehen mit den namhaften Firmen hier in Basel in Kontakt», so Bogdan. Es ist davon auszugehen, dass gerade in der Nordwestschweiz Pharmagiganten wie Roche, Novartis oder Syngenta Interesse daran haben könnten.

Wir sind an einem Punkt, bei dem es von der Forschung in Richtung Anwendungen und auch Kommerzialisierung geht.

Philipp Treutlein Leiter Physikdepartement Universität Basel

Mit viel Rechenpower neue Medikamente entwickeln, dabei künftig vielleicht sogar auf Tierversuche verzichten zu können? Sind das realistische Pläne oder doch eher Wunschdenken? Philipp Treutlein, Leiter des Physikdepartements an der Universität Basel, sagt: «Wir haben das Gebiet der Quantentechnologie mitgeprägt. Jetzt sind wir an einem Punkt, bei dem es von der Forschung in Richtung Anwendungen und auch Kommerzialisierung geht.»

Dabei sei die Rechenleistung im Baselbiet nicht bloss für grosse Unternehmen interessant, sondern zum Beispiel auch für Spin-off Firmen von Universitäten.