Quantencomputing für Einsteiger erklärt: Was es ist und was nicht

Was ist Quantencomputing?

Quantencomputing ist ein Gebiet der Informatik und Ingenieurwissenschaften, das die Gesetze der Quantenmechanik zur Informationsverarbeitung nutzt und auf Probleme zielt, die klassische Computer nicht oder nicht schnell genug lösen können ^[1]. Statt gewöhnlicher Bits verwendet es Qubits (Quantenbits), die Grundeinheit der Quanteninformation ^[1].

Vier Konzepte erklären nach der Zusammenfassung von IBM, worin es sich vom gewöhnlichen Rechnen unterscheidet ^[1]:

• Superposition: Ein Qubit kann eine Kombination der Zustände 0 und 1 statt nur eines davon enthalten, und Gruppen von Qubits können Kombinationen vieler Konfigurationen zugleich darstellen ^[1].
• Verschränkung: Qubits lassen sich so verknüpfen, dass ihre Zustände korreliert sind; die Messung eines Qubits verrät etwas über die anderen ^[1].
• Interferenz: Die möglichen Ergebnisse verhalten sich wie Wellen, die sich verstärken oder auslöschen können. Ein Quantenalgorithmus ist so angelegt, dass sich falsche Antworten auslöschen und die richtige Antwort verstärkt wird ^[1].
• Dekohärenz: Störungen durch Messung oder Umgebung lassen den Quantenzustand in einen gewöhnlichen Zustand kollabieren, daher müssen Quantencomputer sie so gering wie möglich halten ^[1].

Mit Stand 3. November 2026 befindet sich das Gebiet noch in der Entwicklung. IBM zufolge wurde „Quanten-Nützlichkeit“ (Quantum Utility), also verlässliche Ergebnisse bei Problemen jenseits klassischer Brute-Force-Simulation, erstmals 2023 demonstriert ^[1]. IBM definiert Quantenvorteil als eine bessere, schnellere oder günstigere Lösung als alle bekannten klassischen Methoden und erwartet die ersten solchen Vorteile bis Ende 2026 ^[1].

Wie funktioniert ein Quantencomputer eigentlich?

Ein verbreitetes Missverständnis lautet, ein Quantencomputer probiere einfach alle Antworten gleichzeitig aus und lese die beste ab. Die Messung lässt eine Superposition jedoch in ein einziges Ergebnis kollabieren ^[1], sodass dies allein eine zufällige Antwort liefern würde. Die eigentliche Arbeit leistet die Interferenz: Algorithmen gestalten die Berechnung so, dass sich die Wahrscheinlichkeiten richtiger Ergebnisse aufbauen und falsche sich auslöschen, bevor die Qubits gemessen werden ^[1]. IBM nennt die Interferenz den Motor des Quantencomputings ^[1].

Das schwierige technische Problem ist das Rauschen. Qubits sind empfindlich, und Dekohärenz zerstört den Quantenzustand ^[1]. Die Lösung, die die Forschung verfolgt, ist die Quantenfehlerkorrektur: Informationen werden über Anordnungen physikalischer Qubits hinweg kodiert, sodass Fehler schneller korrigiert werden, als sie die Berechnung zunichtemachen ^[2]. Eine gut korrigierte Gruppe von Qubits verhält sich wie ein einziges, zuverlässigeres logisches Qubit ^[2].

Was hat Googles Chip Willow gezeigt?

Am 9. Dezember 2024 stellte Google Willow vor, einen Chip mit 105 Qubits. Als Google sein kodiertes Qubit-Gitter von 3x3 auf 5x5 und dann auf 7x7 vergrößerte, halbierte sich die Fehlerrate bei jedem Schritt, eine exponentielle Verringerung, die in der Fachwelt als „unterhalb der Schwelle“ (below threshold) bezeichnet wird ^[2]. Das ist bedeutsam, weil das Ergebnis zeigte, dass mehr Qubits die Fehler verringerten statt sie zu vermehren, und dass die Qubit-Anordnungen länger stabil blieben als die einzelnen physikalischen Qubits; Google bezeichnete es als den bislang überzeugendsten Prototyp eines skalierbaren logischen Qubits ^[2].

Große Maschinen würden viele physikalische Qubits pro logischem Qubit benötigen. Die Roadmap von IBM beschreibt zum Beispiel ein künftiges System namens Starling mit 200 logischen Qubits ^[4], während Willow selbst insgesamt 105 Qubits hat ^[2].

Was können Quantencomputer und was nicht?

Quantencomputer sind kein universeller Ersatz für Laptops, Telefone oder Server in Rechenzentren. IBM erklärt, dass klassische Computer für die meisten Aufgaben voraussichtlich die beste Lösung bleiben und dass Quantencomputing nicht für alle oder auch nur die meisten Probleme ideal ist ^[1]. IBM beschreibt stattdessen eine Zukunft, in der klassische Supercomputer Quantenschaltkreise zur Lösung von Problemen heranziehen ^[1].

Die vielversprechenden Probleme haben eine Struktur gemeinsam, mit der die Quantenmechanik von Natur aus gut umgehen kann. IBM hebt die Simulation physikalischer Systeme wie Moleküle und Materialien hervor, weshalb Chemie und Materialwissenschaften großes Interesse zeigen ^[1]. Der bekannteste Algorithmus ist älter: 1994 zeigte Peter Shor, wie ein Quantencomputer große ganze Zahlen faktorisieren könnte, was laut IBM die fortschrittlichsten Kryptosysteme der damaligen Zeit potenziell brechen könnte ^[1].

Wie sollten Sie Schlagzeilen über Beschleunigungen lesen?

Google gab an, Willow habe eine Aufgabe des Random Circuit Sampling in weniger als fünf Minuten gelöst, für die der Supercomputer Frontier nach Googles Schätzung 10 Quadrillionen Jahre bräuchte, sagt aber auch, dass dieser Benchmark keinen bekannten praktischen kommerziellen Nutzen hat ^[2]. Im Oktober 2025 meldete Google, sein Algorithmus Quantum Echoes sei auf Willow 13.000-mal schneller gelaufen als der beste klassische Algorithmus auf einem der schnellsten Supercomputer der Welt, und bezeichnete dies als „den ersten überprüfbaren Quantenvorteil überhaupt“, überprüfbar deshalb, weil sich das Ergebnis auf einem anderen Quantencomputer ähnlicher Qualität wiederholen und gegenprüfen lässt ^[3]. Die molekulare Anwendung, gemeinsam mit der UC Berkeley an Molekülen mit 15 und 28 Atomen durchgeführt, war ein Grundsatzexperiment (Proof of Principle) ^[3]. Jede dieser Aussagen vergleicht eine einzelne Aufgabe mit einem einzelnen klassischen Ansatz; keine ist eine allgemeine Beschleunigung.

Werden Quantencomputer die heutige Verschlüsselung brechen?

Heute nicht, doch das Risiko wird ernst genommen. Eine Maschine, die groß und zuverlässig genug ist, um die heutige Public-Key-Kryptografie anzugreifen, wird als kryptografisch relevanter Quantencomputer (CRQC) bezeichnet ^[6]. Das britische National Cyber Security Centre (NCSC) erklärt, dass die meisten herkömmlichen Public-Key-Algorithmen, darunter RSA und auf diskreten Logarithmen beruhende Verfahren wie ECDH, ECDSA und EdDSA, für eine solche Maschine angreifbar sein werden ^[6]. Bei symmetrischer Kryptografie ist das anders: Laut NCSC ist sie nicht wesentlich betroffen, und Algorithmen wie AES mit Schlüsseln von mindestens 128 Bit können weiter genutzt werden ^[6].

Wie groß wäre eine solche Maschine?

In einem Preprint vom Mai 2025 (keiner begutachteten Veröffentlichung) schätzte der Forscher Craig Gidney, dass ein RSA-Schlüssel mit 2048 Bit von einem Quantencomputer mit weniger als einer Million verrauschter Qubits in weniger als einer Woche faktorisiert werden könnte; seine Schätzung von 2019 (mit Ekerå) hatte noch bei 20 Millionen verrauschten Qubits mit acht Stunden Laufzeit gelegen ^[8]. Die Schätzung setzt eine Gatterfehlerrate von 0,1%, einen Fehlerkorrekturzyklus von 1 Mikrosekunde und eine Reaktionszeit der Steuerung von 10 Mikrosekunden voraus ^[8]. Zum Vergleich: Willow hat 105 Qubits ^[2]. Die Schätzung senkt die Hürde, bedeutet aber nicht, dass eine solche Maschine existiert.

Warum schon handeln, bevor es die Maschine gibt?

Das NCSC warnt, dass ein Angreifer verschlüsselte Daten heute sammeln und speichern und sie in Zukunft entschlüsseln könnte ^[6]. Deshalb veröffentlichte das NIST am 13. August 2024 seine ersten drei endgültigen Post-Quanten-Standards und ermutigte Administratoren, so bald wie möglich mit der Umstellung zu beginnen; das NIST weist darauf hin, dass manche Fachleute ein codebrechendes Quantengerät innerhalb eines Jahrzehnts für möglich halten ^[5]. Der Zeitplan des NCSC sieht vor, dass Organisationen Bestandsaufnahme und Planung bis 2028 abschließen, die Umstellungen mit höchster Priorität bis 2031 vollenden und die Umstellung aller Systeme bis 2035 abschließen ^[7].

Wie weit ist das Quantencomputing 2026?

Die folgende Tabelle führt bestätigte Meilensteine getrennt von Unternehmens-Roadmaps auf. Roadmaps sind Pläne und können sich verzögern.

IBM gab am 10. Juni 2025 bekannt, bis 2029 in einem neuen Rechenzentrum in Poughkeepsie, New York, Starling bauen zu wollen, einen großen fehlertoleranten Quantencomputer, der 100 Millionen Quantenoperationen auf 200 logischen Qubits ausführen soll; ein Nachfolger namens Blue Jay soll 1 Milliarde Operationen auf 2.000 logischen Qubits bewältigen ^[4]. Google zufolge ist sein nächstes Ziel nach Quantum Echoes ein langlebiges logisches Qubit, der dritte Meilenstein seiner Roadmap ^[3].

IBMs eigene Erläuterung, aktualisiert im April 2026, stellt den Quantenvorteil gegenüber allen bekannten klassischen Methoden weiterhin als Ziel dar: IBM erwarte die ersten Quantenvorteile bis Ende 2026, sofern die Gemeinschaften des Quanten- und des Hochleistungsrechnens zusammenarbeiten ^[1].

Welche Aussagen zum Quantencomputing sollten Sie mit Vorsicht betrachten?

Das Gebiet entwickelt sich schnell, und Pressemitteilungen können den begutachteten Belegen vorauseilen. Ein deutliches Beispiel ist die Pressemitteilung von Microsoft aus dem Jahr 2025 zu Majorana 1, einem Chip, der laut Microsoft acht topologische Qubits enthielt ^[9]. Die begleitende Veröffentlichung in Nature behauptete nicht, ein topologisches Qubit nachgewiesen zu haben, und in den Unterlagen zur Begutachtung schrieb die Redaktion von Nature, dass die Ergebnisse keinen Beleg für das Vorhandensein von Majorana-Nullmoden in den Bauelementen darstellen ^[9]. Ein vom Magazin Physics der American Physical Society zitierter Physiker sagte, der Artikel enthalte keinen Nachweis topologischer Qubits, während die Pressemitteilung anderes behaupte ^[9].

Einige Fragen helfen bei der Einordnung jeder Ankündigung:

• Ist die Aufgabe nützlich? Benchmarks wie Random Circuit Sampling demonstrieren die Hardware, haben aber keinen bekannten praktischen kommerziellen Nutzen ^[2].
• Womit wird verglichen? Eine Beschleunigung gegenüber dem besten klassischen Algorithmus auf einem Supercomputer ^[3] ist enger gefasst, als alle bekannten klassischen Methoden zu übertreffen, wie IBM den Vorteil definiert ^[1].
• Physikalische oder logische Qubits? Eine Qubit-Zahl sagt wenig aus, solange Fehler nicht korrigiert werden; die Skalierung hängt davon ab, dass die Fehlerraten mit wachsender Systemgröße sinken ^[2].
• Begutachtet oder Pressemitteilung? Prüfen Sie, ob die Veröffentlichung die Schlagzeile stützt ^[9].

Welche Vorteile und Grenzen hat das Quantencomputing?

Mögliche Vorteile

• Modellierung von Molekülen, Materialien und chemischen Reaktionen, mit möglichen Anwendungen in der Wirkstoffforschung und der Halbleiterforschung ^[1].
• Neue Messwerkzeuge; in Googles Experiment Quantum Echoes stimmten die Ergebnisse mit der herkömmlichen Kernspinresonanz (NMR) überein und lieferten Informationen, die NMR normalerweise nicht bietet ^[3].
• Bestimmte Probleme weit schneller lösen als klassische Maschinen, sobald große, fehlerkorrigierte Systeme existieren ^[1][4].

Grenzen und Risiken

• Die Aussagen darüber, ob der Vorteil bereits erreicht ist, gehen auseinander: Google bezeichnete Quantum Echoes als überprüfbaren Quantenvorteil ^[3], während IBMs im April 2026 aktualisierte Erläuterung einen Vorteil gegenüber allen bekannten klassischen Methoden weiterhin erst bis Ende 2026 erwartet ^[1].
• Qubits sind empfindlich, und Dekohärenz und Fehler bleiben die Haupthindernisse ^[1][2].
• Eine künftige große Maschine würde weit verbreitete Public-Key-Verschlüsselung bedrohen ^[6], weshalb die Umstellung auf neue Standards begonnen hat ^[5][7].
• Gefahr des Hypes: Ankündigungen können übertreiben, was die Belege zeigen ^[9].

Wie geht es weiter?

Drei Termine sind beachtenswert. Erstens, ob die ersten unabhängig bestätigten Quantenvorteile bis Ende 2026 eintreten, wie IBM erwartet ^[1]. Zweitens IBMs Ziel eines fehlertoleranten Systems Starling bis 2029 ^[4], neben Googles Vorstoß für ein langlebiges logisches Qubit ^[3]. Drittens die Fristen für die Sicherheitsumstellung: die Meilensteine des NCSC für 2028, 2031 und 2035 ^[7] und die weitere Einführung der NIST-Standards ^[5].

Für Einsteiger lautet die ausgewogene Sicht: Quantencomputing ist echte Physik und echte Ingenieurskunst mit stetigen, messbaren Fortschritten ^[2], doch nützliche Großmaschinen gibt es noch nicht, und gewöhnliche Computer werden weiterhin fast alles erledigen, wofür Menschen Computer nutzen ^[1].