20.04.2019

Quantentechnologie: Das werden die 4 größten Usecases

Rainer Blatt, Direktor des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation an der Universität Innsbruck, gilt als einer der weltweit renommiertesten Wissenschaftler im Bereich der Quanteninforma­tion. Für den brutkasten gab er einen Ausblick auf vier künftige Anwendungsbereiche dieser Technologie und wann diese unser Leben disruptiv verändern werden.
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Quantentechnologie
(c) IQOQI / C. Lackner

Rainer Blatt, dem heutigen Direktor des weltweit renommierten Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation an der Universität Innsbruck, ist es 2004 gelungen, zum ersten Mal Quanteninforma­tion zu teleportieren. Heute arbeitet er mit den Quantentechnologie-Fachkollegen Peter Zoller und Thomas Monz an der Realisierung des Quantencomputers. Sein Institut betreibt Rechner mit im internationalen Vergleich extrem hohen Qubits-Anzahlen und ist in Sachen Fehlerkorrektur-Forschung an der Weltspitze.

+++ Quantencomputing: Europa wittert eine Chance im globalen Wettlauf +++

Dass Quantencomputer selbst zwar ein großer Teil Blatts Forschung sind, keinesfalls aber alleine im Mittelpunkt stehen, liegt an drei weiteren Kerntechnologien, die laut Blatt – auch die Europäische Union sieht das in ihrem Quanten-Manifest so – zuerst umgesetzt werden sollten: Quantenkommunikation, Quantensimulation und Quantensensoren werden unsere Welt gravierend verändern. Dies noch bevor die Computer in prognostizierten zehn bis 15 Jahren zur totalen Disruption führen werden.

1. |Die Kommunikationsrevolution: Absolut sichere Datenübertragung durch Quantentechnologie

“Wir sehen heute schon Firmen in den USA und in Europa, die Geräte zur Quantenkommunikation verkaufen”, erklärt Rainer Blatt. Diese Geräte würden Quantenkommunikation nutzen, um Nachrichten besonders sicher zu übertragen. Der Grund: Liest eine dritte Stelle Daten während der Übertragung aus, werden diese unausweichlich sofort zerstört – eine inhärente Eigenschaft der Technologie.

“Ein noch nicht mögliches, aber nächstes Ziel ist es, die Quantenkommunikation über lange Strecken verfügbar zu machen”, sagt Blatt. Die Schwierigkeit dabei: “Die verwendeten Lichtleitfasern sind zwar sehr transparent, aber über lange Strecken werden heute auch für die herkömmliche Datenübertragung ca. alle 100 Kilometer Verstärkerstrecken eingesetzt. Verstärken heißt aber, sie müssen die Information, die ankommt, lesen, verstärken und weitergeben. Das funktioniert mit Quanteninformation nicht, weil sie beim Lesen zerstört wird.”

Deswegen verlange diese Technologie nach sogenannten Quantenwiederholern, also “Stationen, die wie ein kleiner Quantencomputer funktionieren. Sie nehmen Information entgegen und geben diese mithilfe von Verschränkungsprotokollen weiter.” Gelingt es, dies technisch umzusetzen, wird die globale, absolut sichere Datenübertragung kommen. In fünf bis zehn Jahren sollen so Quanten-­Netzwerke zwischen großen Städten möglich sein. Der Entwicklungsplan der Europäischen Union sieht dabei auch erste Kreditkartensysteme auf uns zukommen, die auf dieser Technologie basieren. Ein europäisches Internet, das klassische und Quantenkommunikation miteinander verbindet, lässt laut Quan­ten-Timeline des offiziellen EU-Manifests noch über zehn Jahre auf sich warten.

2. | Sensoren für Zeitmessung: Kurzfristig das größte Anwen­­­dungspotenzial

“Schon heute beruht ein Großteil der Messtechnik auf atomaren Messungen, insbesondere die Messung der Zeit. Die Sekunde ist festgelegt als ein Neunmilliardstel einer Schwingung eines Cäsium-Atoms”, meint Blatt und gibt Ausblick auf die disruptive Kraft der Quantentechnologie. “Diese Messungen werden in Zukunft auf optische Schwingungen übertragen. Wir können dann Zeiten mit einer unvergleichlichen Präzision von bis zu 16 Stellen hinter dem Komma messen.”

Quanten-Glasfaserkommunikation, Navigation im Weltall und viele andere Gebiete, die auf extrem genauer Zeitmessung basieren, werden damit riesige Entwicklungsschritte machen. “Für meinen persönlichen Geschmack wird dieses Thema in der öffentlichen Diskussion viel zu sehr vernachlässig”, so Blatt: “Ich bin der Meinung, dass vor allem die Quantenmesstechnik in den nächsten Jahren viel mehr Anwendung finden wird als alle anderen Technologien.”

Quantensensoren für Schwerkraft oder Magnetismus sind heute kurz vor der Markteinführung. Navigationssysteme, die auf der Technologie beruhen, sollen laut EU-Plan in fünf bis zehn Jahren in handlichem Format erhältlich sein. Bis zur Integration im Handy dürfte die Technologie noch mehr als zehn Jahre brauchen. Eine Schätzung scheint hier schwierig.

3. | Material und Medikamente: Völlig neue Festkörper und chemische Verbindungen simulieren

“Wenn Sie Materialeigenschaften mittels Quantenmechanik studieren wollen, dann stellen Sie fest, dass Sie bereits bei 40 Atomen am Ende der Fahnenstange angelangt sind, selbst mit den besten Supercomputern dieser Welt. Aber: Die meisten Materialien bestehen aus mehr als 40 Atomen.”

Die Lösung liegt in der Quantensimulation: “Sie geben 40 richtigen Atomen genau jene Eigenschaften, die sie brauchen und lassen sie auf vorbestimmte Art und Weise wechselwirken. Die Phänomene, die sie dabei studieren können, kann kein Computer ausrechnen.” So werden sich in den nächsten fünf bis zehn Jahren komplexe Materialien mit disruptivem Nutzen in allen Industrien entwickeln. Auch die Arzneimittelherstellung soll davon gravierend profitieren.

4. | Quantenrechner überholen klassische Computer: “Das wird in den nächsten 10 oder 15 Jahren sicher passieren”

Blatts Vision: “Computer werden durch Quantencomputer ersetzt.” Sie kommunizieren über ein ultrasicheres Netz von Lichtleitungen, sie bauen auf die exaktest mögliche Zeitmessung und nutzen die gleichen Effekte wie die Quantensimu­lation. Die Quantencomputer haben das Potenzial – auch nach den Plänen der EU –, die größte Technologierevolution der Menschheitsge­schichte zu werden.

“Digitale Quantencomputer sind Maschinen, die mit Quantenhilfe über programmierte Schaltkreise echte Re­chenprobleme lösen können”, erklärt Blatt und beschreibt den technologischen Hintergrund: “Dazu müssen alle Rechenoperationen in sogenannte Gatteroperationen zerleget werden. Da sind wir noch nicht so weit, dass wir klassische Computer in ihrer Leistungsfähigkeit schlagen können. Aber: Wir sehen die Probleme und verstehen sie.”

Jetzt muss noch eine Reihe technischer Entwicklungen gemacht werden, bevor man die klassischen Computer abhängen kann. “Das wird in den nächsten 10 oder 15 Jahren sicher passieren”, meint Blatt. Die Auswirkungen auf Anwendungen der Optimierung, Big-Data-Analysen, Machine Learning und künstliche Intelligenz sowie Bilderkennung werden dabei am stärksten spürbar sein.


Dieser Beitrag erschien in gedruckter Form im brutkasten Print-Magazin #8 “Quantensprünge”.

⇒ zur Page des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation

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Wir legen wie immer los mit einem Blick auf die Marktentwicklung - und die war diese Woche richtig stark. Am Montag überschritt Bitcoin das erste Mal seit fünf Monaten die 70.000-Dollar-Marke. Zwischenzeitlich ging es bis auf knapp 73.600 nach oben. Das bedeutet auch: Das im März erreichte Bitcoin-Rekordhoch von rund 73.700 Dollar wurde nur geringfügig verfehlt.

Auch wenn es sich vielleicht nicht ganz so anfühlt: Weder gibt es Schlagzeilen in den etablierten Medien noch ist eine Goldgräberstimmung am Markt spürbar. Auch die breite Masse nimmt kaum Notiz davon. 

🇺🇸 US-Wahl aktuell dominierendes Thema am Markt

Das wahrscheinlich größte Thema am Markt ist die anstehende US-Wahl in der kommenden Woche. Die US-Krypto-Community hat sich bereits relativ früh im Wahlkampf überwiegend auf die Seite des republikanischen Kandidaten Donald Trump gestellt. Dieser hatte sich in seiner ersten Amtszeit als US-Präsident zwar mehrfach kritisch gegenüber Bitcoin und Kryptowährungen geäußert. Im Mai diesen Jahres positionierte sich Trump aber in mehreren Interviews klar als Pro-Krypto-Kandidat (siehe Crypto Weekly #142). 

In der US-Kryptobranche wurde das mit Freude aufgenommen. Denn die amtierende Biden-Regierung wurde in der Szene eher als feindlich gesinnt wahrgenommen. Dies vor allem aufgrund des Vorgehens der US-Börsenaufsicht rund um Behördenchef Gary Gensler gegenüber vielen Unternehmen aus der Branche. Eine neue US-Regierung würde dann auch den unliebsamen Gensler ersetzen und damit möglicherweise einen neue Herangehensweise gegenüber der Kryptobranche wählen, so die Hoffnung vieler in der Szene.

Seither ist einiges passiert. Amtsinhaber Joe Biden gab seine Kandidatur im Sommer auf. An seine Stelle trat Vizepräsidentin Kamala Harris. Vorschusslorbeeren wurden ihr in der Kryptoszene keine zuteil. In der Branche kursierte zwischenzeitlich sogar das Gerücht, dass Harris Gensler als möglichen Finanzminister in Betracht ziehe. Dann wäre er zwar von der Spitze der Börsenaufsicht verschwunden. Gleichzeitig käme der Wechsel aber einer Beförderung und somit auch einer Bestätigung seines Kurses gleich. Ob an dem Gerücht jemals was dran war, ist unklar. 

⛓️ Trump vs. Harris: Wer ist wirklich pro Krypto?

Dass Harris aber in der Szene von vielen sofort als Anti-Krypto-Kandidatin wahrgenommen wurde, war aber übertrieben. Tatsächlich bot der Kandidatenwechsel den Demokraten ja auch eine günstige Gelegenheit, ihre Ausrichtung gegenüber der Krypto-Branche mehr oder weniger unauffällig “nachzubessern”. Harris war klarerweise Teil der Biden-Regierung, sie selbst war jedoch ein eher unbeschriebenes Blatt, was Krypto angeht. 

Tatsächlich äußerte sich die Kandidatin der Demokraten dann einige Wochen nach Bekanntgabe ihrer Kandidatur mehrfach positiv über Blockchain und digitale Assets. Sehr konkret wurde sie dabei zwar nicht. Und dass die Aussagen primär aus wahltaktischen Gründen gefallen sind, liegt ebenfalls auf der Hand. Allerdings wird wohl auch niemand annehmen, dass Trumps Meinungsumschwung aus inhaltlichen Gründen unabhängig vom Wahlkampfgeschehen erfolgt ist.

Wobei: Trump hat in der Zwischenzeit sogar ein eigenes Kryptoprojekt namens World Liberty Financial gestartet. Dieses startete im Oktober sogar einen Token-Sale, der allerdings eher semi-erfolgreich über die Bühne ging. Der WLFI-Token ist, technisch gesehen, übrigens ein ERC-20-Token auf der Ethereum-Blockchain. Zuletzt wurde bekannt, dass World Liberty Financial offenbar auch einen eigenen Stablecoin plant. Wie seriös das gesamte Projekt überhaupt ist und ob die Medienaufmerksamkeit für World Liberty Financial für die Kryptobranche vielleicht sogar eher kontraproduktiv ist, sei dahingestellt. 

🤔 Preist der Bitcoin-Kurs einen Trump-Sieg ein?

Jedenfalls aber haben die meisten in der US-Kryptobranche nach wie vor die Erwartung, dass Trump der für sie günstigere Kandidat ist. Die Umfragen haben sich zuletzt für den Ex-Präsidenten durchaus vorteilhaft entwickelt, weshalb der Markt eine höhere Wahrscheinlichkeit eines Trump-Siegs eingepreist hat. 

Ob es kommende Woche dann tatsächlich dazu kommt, ist ebenso offen wie die Frage, wie lange es dauern wird, bis überhaupt klar feststeht, wer die Wahl gewonnen hat. Wie der Kryptomarkt reagieren wird, ist dann noch einmal eine ganz andere Frage. Klar ist aber: Zumindest kurzfristig sollte man auf hohe Volatilität eingestellt sein.


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