Quantentechnologie – Spitzenforschung aus Mainz

Bei der Schlüsseltechnologie der Zukunft ist Mainz ganz vorne mit dabei. Es geht um Computertechnik – um sogenannte Quantencomputer. Sie sind viele Milliarden Mal schneller als die leistungsfähigsten Computer, die wir heute schon haben. Das sind unvorstellbare Dimensionen. Mit den neuen Quantencomputern können Wettervorhersagen genauer werden, Medikamente können schneller erforscht werden und Künstliche Intelligenz kann weiter Fahrt aufnehmen. Eine der Hochburgen der Technik von morgen ist die Universität in Mainz.

Von außen: Ein unscheinbarer Kasten. Von innen: Mit das modernste, was die Computertechnik zu bieten hat. Verschiedene Linsen für einen Laser und eine Ionenfalle – so sieht angewandte Quantenphysik aus. Dieser Prototyp eines Quantencomputers steht an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Ferdinand Schmidt-Kaler, Quantenforscher Universität Mainz
„Die Entwicklung ist rasant, es gibt große Player auf dem Gebiet, Google, IBM und wir sind im Geschäft gut dabei.“

Kleine Rechenaufgaben sind bereits möglich, das Potential – gigantisch. Doch was ist eigentlich ein Quantencomputer?
Ein herkömmlicher Rechner arbeitet einem binären Code und sogenannten Bits. Ein Bit kann zwei Zustände annehmen: 0 – Strom aus, 1 – Strom an. Ein Quantencomputer rechnet dagegen mit Quantenbits, kurz Qubits. 0 und 1 gibt es hier auch, aber sie können beide Zustände gleichzeitig annehmen. Die Folge: Ein Qubit stellt einen viel größeren Rechenraum zur Verfügung als ein klassisches Bit.
Bisher gibt es zwei Ansätze für Quantencomputer: Google und IBM arbeiten mit Computerchips mit sogenannten supraleitenden Schaltkreisen. Dafür muss der gesamte Apparat stark gekühlt werden. Beim zweiten Ansatz, mit dem die Uni Mainz arbeitet, dienen geladene Calciumatome, auch Ionen genannt, als Qubits.

Ferdinand Schmidt-Kaler, Quantenforscher Universität Mainz
„Bei einzelnen Ionen haben wir einen Quantencomputer, der aus … wo die Information in einzelnen Atomen abgespeichert wird. Diese Atome, wenn wir sie nicht stören, sind sie ideale Informationsspeicher. Bei den supraleitenden Schaltkreisen, die muss man herstellen und diese Herstellung ist immer gewissermaßen imperfekt, nicht alle Schaltkreise sind gleich.“

Ein weiterer großer Vorteil: Der Quantencomputer in Mainz braucht keine aufwändige Kühlung. Das rheinland-pfälzische Wissenschaftsministerium fördert die Forschung in der Quantentechnologie mit 1,2 Millionen Euro.

Clemens Hoch (SPD), Wissenschaftsminister Rheinland-Pfalz
„Wir haben eine gute Expertise in diesem Land über die künstliche Intelligenz und Quantencomputing ist dann wirklich der nächste konsequente Schritt und in der Verzahnung zur Biotechnologie, da sind wir führend bundesweit, das haben wir an Firmen wie BioNtech gesehen, können wir jetzt hier wirklich den nächsten Schritt gehen und ganz vorne dabei sein, und das gibt Arbeitsplatzsicherheit, das gibt Sicherheit im technologischen Fortschritt und es gibt vor allem ganz viele neue Anwendungsfelder für die heimische Industrie.“

Die normalen Rechner werden Quantencomputer aber erst einmal nicht ablösen. Realistischer ist eine Kombination aus beiden.