Die USA müssen den Wettlauf um Quantencomputing gewinnen. Die Geschichte zeigt, wie es geht

(SeaPRwire) –   Im Jahr 1981 theorisierte der Physiker Richard Feynman erstmals die Erstellung von Computern, die die Prinzipien der Quantenphysik nutzten, um Berechnungen durchzuführen, die Standardcomputer Jahrtausende oder länger bräuchten, um sie zu berechnen. In den folgenden vier Jahrzehnten machten die Forschungen jedoch nicht genügend Fortschritte, so dass die Maschinen kaum Auswirkungen auf die Gesellschaft hatten.

Aber Durchbrüche im Jahr 2023 signalisierten, dass Quantencomputer in ein neues Zeitalter eingetreten sind, das eine technologische Revolution mit vielen Möglichkeiten, einige gut und einige schlecht, auslösen kann. Positiv gesehen könnten Quantencomputer zur Entwicklung neuer Krebsmedikamente führen. Negativ gesehen könnten sie jedoch die Verschlüsselung brechen, die wir mehrmals täglich für alles Mögliche vom Versenden von Textnachrichten bis hin zu Finanztransaktionen verwenden.

Aber dies war nicht das erste Quantenrennen in der Geschichte, das die USA gegen ihre Gegner aufbrachte – und die Vergangenheit bietet einen Leitfaden dafür, wie die USA das kommende Computerrennen gewinnen können. In den 1940er Jahren führte ein Quantenrennen zur Schaffung von Atomwaffen und löste einen Technologieboom aus. Entscheidend ist, dass die USA den Wettbewerb gewannen, die neue Technologie zu nutzen. Nicht nur schufen amerikanische Wissenschaftler die ersten Atomwaffen, sondern Fortschritte bei Lasern und Chips für Computer machten die USA zum Zuhause für globale Innovation.

Das geschah jedoch nur, weil Politiker die nötige Finanzierung und Unterstützung bereitstellten, um die Überlegenheit sicherzustellen. Der sowjetische Start von Sputnik 1957 und das Weltraumrennen führten zu einer Explosion der Bundesmittel für Wissenschaft und Bildung, die der Grundstein des amerikanischen Erfolgs waren. Darüber hinaus förderte das Verteidigungsministerium visionäre, aber riskante Forschungen, die zur Entwicklung des Internets, Tarnkappentechnologien und Sprachassistenten wie Siri führten. Dies trieb die USA in den Jahrzehnten nach dem Zweiten Weltkrieg auf beispiellose Innovationshöhen.

Die aus der ersten Quantenrevolution geborenen Technologien waren der Kern der amerikanischen Landesverteidigung und prägten auch das zivile Leben in den USA, vor allem durch die Entwicklung von Personalcomputern und der Informationsrevolution.

Aber selbst als Personalcomputer 1981 eingeführt wurden, bestand Feynman in einem entscheidenden Vortrag darauf, dass mehr möglich sei. Er argumentierte, dass ein Quantencomputer – mit einer Rechenleistung, die um Größenordnungen über der leistungsstärksten Computer damals lag – den einzigen Weg ebnete, das wahre Wissen der Welt zu erschließen. Feynman gab jedoch zu, dass der Bau einer solchen Maschine eine überwältigende Komplexität erforderte.

Die folgenden vier Jahrzehnte haben ihn in Bezug auf die Hindernisse bestätigt. Der Entwurf eines Quantencomputers erforderte enorme Fortschritte in Theorie sowie Materialien und Komponenten. Seit den 1980er Jahren schritt der Fortschritt langsam voran, und viele spotteten, dass Quantencomputer immer 10 bis 20 Jahre in der Zukunft lägen.

Im Jahr 1994 entdeckte der Mathematiker Peter Shor einen Algorithmus, der eine Methode schuf, mit der ein Quantencomputer die großen Primzahlen berechnen konnte, die für Verschlüsselung verwendet werden. Trotz dieses Durchbruchs blieb das Tempo der Entwicklungen seit Shors Entdeckung schleppend. Die konstante Finanzierung durch die National Security Agency und das Verteidigungsministerium – insbesondere die erste – erhielt die Innovation am Laufen, aber die Ergebnisse waren durchwachsen, da es den Wissenschaftlern nicht gelang, einen Quantencomputer zu bauen, der nicht von Fehlern geplagt war.

In den letzten 10 Jahren haben private Technologieunternehmen wie IBM, Google und Microsoft bedeutende Investitionen in die Quantencomputing getätigt, was das Feld auf neue Höhen der Reife und eine globale Beschleunigung des Wettbewerbs um die Quantenvorherrschaft – mit großen Auswirkungen auf die nationale Sicherheit und Cybersicherheit – gebracht hat.

Selbst heute übertreffen Quantencomputer immer noch Standardcomputer aufgrund regelmäßiger Fehler, die durch Strahlung, Hitze oder ungeeignete Materialien verursacht werden. Diese Fehler machen Quantencomputer für Dinge wie beispielsweise die Entwicklung neuer Medikamente nutzlos, da Wissenschaftler ein Experiment nicht genau replizieren können. Aber all das ändert sich schnell.

Fortschritte von IBM und einem Team der Harvard University im Jahr 2023 zeigten, dass die Fehlerkorrektur am Horizont ist und das Zeitalter der Quantennutzbarkeit begonnen hat. Im Juli 2023 präsentierten peer-reviewed Beweise aus Experimenten, die darauf hindeuteten, dass das Unternehmen Fortschritte bei der Behebung der Fehler gemacht hatte, die Quantencomputing lange geplagt hatten. Einige Monate später, im Dezember, zeigten vielversprechende Ergebnisse aus Experimenten eines Teams der Harvard University und des Unternehmens QuEra, dass auch sie einen Quantenprozess mit verbesserter Fehlerkorrektur entwickelt hatten.

Aber es sind nicht nur amerikanische Unternehmen und Universitäten, die herausfinden, wie die Fehler begrenzt werden können, die bisher die Möglichkeiten von Quantencomputern eingeschränkt haben. In den letzten 15 Jahren haben chinesische Physiker ein ehrgeiziges Programm verfolgt, das darauf abzielt, ihr Land zum weltweiten Führer in Quantentechnologien zu machen. Eine Schätzung beziffert Chinas – das über 15 Milliarden US-Dollar in das Projekt investiert hat – als gleichauf oder sogar überlegen gegenüber den USA in diesem neuen Bereich der Wissenschaft. Im Jahr 2023 deuteten Ergebnisse aus Experimenten darauf hin, dass chinesische Physiker beachtliche Fortschritte erzielten, die es ihnen ermöglichen könnten, einen Quantencomputer zu konstruieren, der die in den USA entwickelten übertreffen könnte.

Die Folgen chinesischer Überlegenheit in diesem Bereich wären von enormer Tragweite. Der Hauptgegner der USA könnte dann die Verschlüsselung brechen, die Amerikaner jeden Tag für sicheren Internetverkehr und Nachrichtenaustausch verwenden und die die US-Regierung und ihre Verbündeten zur Absicherung geheimer Kommunikation nutzen. Eine Organisation prognostiziert, dass die Welt nur noch über einen Zeitraum von verfügt, bevor diese Fähigkeit besteht. Andere Schätzungen behaupten, dass dieser Zeitpunkt bis zu 10 Jahre in der Zukunft liegen könnte. Aber er kommt schnell.

Das bedeutet, dass sich die USA diesem bevorstehenden technologischen Wandel voraussetzen muss, um katastrophale Folgen in allen Bereichen des amerikanischen Lebens zu verhindern. Im Mai 2022 kündigte das Weiße Haus an, sich auf die Vorbereitung der Nation auf die nachquantenverschlüsselte Zukunft zu konzentrieren, zusammen mit den Bemühungen, die von privaten Unternehmen wie Apple und Google unternommen werden. Aber dem Kongress ist es im Jahr 2023 nicht gelungen, ein bahnbrechendes Bundesfinanzierungsgesetz für Forschung und Entwicklung im Bereich der Quantentechnologien zu verlängern. Inzwischen zögern China und europäische Länder nicht, Milliarden in die Quantentechnologien zu investieren.

Durchbrüche bei Quantencomputern im Jahr 2023 kündigen eine strahlende Zukunft an, die das Leben und die Wirtschaft verändern wird. Die Technologie steht kurz davor, Feynmans Vision zu erfüllen und die Welt und das Universum wie nie zuvor zu verstehen. Ein Quantencomputer mit Fehlerkorrektur würde die zweite Quantenrevolution einläuten, und es tobt ein Wettlauf, um die führende Rolle der USA in der Wissenschaft für eine der wichtigsten Technologien des 21. Jahrhunderts zu erhalten. Um dieses Rennen zu gewinnen, muss die Bundesregierung eine konzertierte Anstrengung unternehmen, um die amerikanische Vorherrschaft im Bereich Quantencomputing und anderer Quantentechnologien wie Sensorik aufrechtzuerhalten. So hat die USA die erste Quantenrevolution gewonnen, und der Einsatz ist zu hoch, um nicht von diesem früheren Triumph zu lernen.

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