Quantentalent allein genügt nicht

Von aussen sieht er nach nichts aus. Ein schwarzer Schrank in einem weissen Raum. Doch in dem Schrank steckt das nächste grosse Ding der Computertechnik: ein Quantencomputer. Genauer gesagt, der erste kommerziell verfügbare Quantencomputer der Schweiz. Der schwarze Schrank mit dem Computer steht in Arlesheim, im Technologiezentrum uptownBasel. Hier bietet Quantum Basel, das Schweizer Kompetenz- und Innovationszentrum für Quantencomputing, Unternehmen und Institutionen Zugang zum Quantencomputing.

Viel kann der Rechner des US-Herstellers IonQ noch nicht. Wie alle anderen real existierenden Quantencomputer ist er ein sogenanntes NISQ-System. NISQ steht für Noisy Intermediate-Scale Quantum, also für einen fehleranfälligen Quantencomputer in der Übergangsphase. Das Interesse an solchen Maschinen ist trotzdem gross, denn schon bald könnte die Übergangsphase, in der Quantencomputer noch zu klein und fehleranfällig für praktische Anwendungen sind, zu Ende gehen. Und diesen Moment möchte niemand verpassen.

Quantencomputer gelten als Hoffnungsträger – wenn auch nicht als universelle Turbos für jede Rechenaufgabe. Sie sind klassischen Rechnern nicht generell überlegen und können bei vielen Problemen sogar langsamer sein. Ihr potenzieller Vorteil zeigt sich aber bei bestimmten Fragestellungen, und zwar genau dort, wo klassische Supercomputer an ihre Grenzen stossen. Das ist etwa dann der Fall, wenn die Zahl der Rechenschritte mit wachsender Problemgrösse exponentiell steigt.

Theoretisch könnten Quantencomputer genau solche Aufgaben bewältigen: komplexe Optimierungsprobleme wie die effiziente Routenplanung oder aufwendige Simulationen in den Natur- und Ingenieurwissenschaften, etwa von Strömungen an Tragflächen oder Turbinen. Besonders stark sind sie zudem bei der Berechnung von Quantensystemen selbst – ein zentraler Baustein für neue Materialien, Medikamente oder chemische Prozesse. Grund genug für viele Industrieunternehmen, sich schon jetzt intensiv mit dem Thema Quantencomputing zu befassen und die Möglichkeiten der Zukunft mit den bereits verfügbaren NISQ-Systemen zu erproben.

Europa verfügt über eine hohe Dichte an Quantentalent und kann im internationalen Quantenrennen durchaus mithalten. Seit dem Start des EU-Quantum-Flagship-Programms 2018 ist ein dynamisches Ökosystem aus Start-ups und Forschungszentren entstanden.

Auch die Schweiz hat einen bemerkenswerten Einfluss in der Quantenwissenschaft und -technologie. Frühzeitig wurden Nationale Forschungsschwerpunkte in den Bereichen Nanowissenschaften, Quantenphotonik, Spin-Qubits und Quantenwissenschaft definiert und gefördert. Die Investitionen ermöglichten es, Dutzende neuer Professorinnen und Professoren an die ETH Zürich, die EPFL, die Universität Basel und die Universität Genf zu holen. ETHZ, EPFL sowie die Unis Basel und Genf beherbergen je ein eigenes Quantum Center. Die Zentren bündeln und fördern die Forschung innerhalb der jeweiligen Institution und vernetzen sich untereinander.

Aus dieser Zusammenarbeit ging 2022 die Swiss Quantum Initiative (SQI) hervor, die von der Swiss Quantum Commission (SQC) geleitet wird. Ziel der Initiative ist es, die Position der Schweiz in Quantenwissenschaften und -technologien weiter zu festigen – von der Grundlagenforschung bis zu industriellen Anwendungen. «Das Quanten-Ökosystem in der Schweiz ist dynamisch und wird neue Führungsfelder identifizieren», sagt EPFL-Professor Thomas Vidick.

Der Präsident der Swiss Quantum Commission, Klaus Ensslin, gibt sich weniger optimistisch. Der ETH-Professor äussert in einem jüngst auf der Webseite der Hochschule veröffentlichten Interview die Befürchtung, dass die Schweiz bei der Quantentechnologie ins Hintertreffen geraten könnte. «Mehrere zehn Millionen Franken» habe die Schweiz in die Swiss Quantum Initiative investiert. «Für ein dezidiertes Forschungsprogramm in der Schweiz ist das eine grosse Summe», erkennt Ensslin an. International werde jedoch wesentlich mehr investiert. In der Tat: Die staatlichen Programme in einigen bevölkerungsreichen Nationen haben ganz andere Grössenordnungen: Die USA haben 7,6 Milliarden Dollar eingeplant, Grossbritannien umgerechnet 4,6 Milliarden Dollar und Deutschland 4,45 Milliarden – plus eine Milliarde Euro auf EU-Ebene. China ist Spitzenreiter mit umgerechnet rund 15 Milliarden Dollar Förderung.

«Die Schweiz muss sich anstrengen, um nicht abgehängt zu werden», sagt Klaus Ensslin. Auch innerhalb Europas schwinde der Vorsprung der Schweiz. Insbesondere der vorübergehende Ausschluss aus den Horizon-Europe-Programmen habe die Schweiz zurückgeworfen. «Die EU baute ein europäisches Quantenkryptographie-Netzwerk ohne uns auf», berichtet. Inzwischen dürfen Forschende an Schweizer Hochschulen wieder am EU-Programm teilnehmen. «Aber natürlich hat sich das europäische Quantenprogramm in der Zwischenzeit weiterentwickelt. Diese Jahre fehlen uns», sagt der Zürcher Quantenforscher.

Ensslin findet, dass die Schweiz den Quantenbereich ernster nehmen und substanziell investieren solle. «Ich weiss, das sagt jeder von seinem Gebiet», räumt der Wissenschaftler ein. Aber inzwischen sei die internationale Konkurrenz gewachsen – nicht zuletzt dank staatlicher Hilfe: «Praktisch alle europäischen Länder machen aktive Forschungspolitik auf dem Gebiet. Und asiatische Länder noch viel mehr.»