Wie funktioniert ein Quantencomputer?
Von Ralf Krauter · 03.01.2014
Die NSA will mit einem Forschungsprojekt angeblich ihre Verfahren zur Entschlüsselung revolutionieren. Wie die superschnelle Quantentechnologie funktionieren soll, erklärt Ralf Krauter.
Quantencomputer gelten unter Experten als die Supercomputer von morgen. Ihr bestechender Vorteil: Sie können digitale Information hochparallel verarbeiten – und bestimmte Rechenaufgaben deshalb viel schneller lösen als herkömmliche Zahlenfresser. Der Grund: Quantencomputer machen sich die bizarren Gesetze der Quantenwelt zunutze.
Statt mit Bits zu rechnen, die nur entweder die Werte null oder eins annehmen können, verwenden Quantencomputer sogenannte Quantenbits, die die Werte null und eins gleichzeitig annehmen können. Der resultierende Geschwindigkeitsvorteil ist enorm. Während ein PC mit 10 Bits jeweils nur eine von 1024 Zahlen verarbeiten kann, kann ein Quantencomputer mit all diesen Zahlen gleichzeitig jonglieren.
Enormer Geschwindigkeitsvorteil
Weil das faszinierende Möglichkeiten für das Knacken geheimer Codes eröffnet, interessieren sich Nachrichtendienste seit über 20 Jahren für Quantencomputer. Die heute gängigen Verfahren zur Verschlüsselung von E-Mails und Banktransaktionen basieren nämlich durchweg darauf, dass konventionelle Zahlenfresser Jahre brauchen, um große Zahlen in ihre Primfaktoren zu zerlegen. Ist der geheime Schlüssel eines Codes nur lang genug, ist die Chance in zu knacken, deshalb gleich null. Bis jetzt.
Doch für Quantencomputer gelten andere Gesetze. Um eine Zahl mit 130 Stellen zu zerlegen, bräuchte ein hochparallel arbeitender Quantenrechner 10 Millionen Mal weniger Rechenschritte als ein heutiger Supercomputer. Beim Knacken eines 600-stelligen Sicherheitsschlüssels wäre der Quantenrechner sogar über 100 Milliarden Mal schneller fertig.
Enorme technische Herausforderung
Noch ist das allerdings Wunschdenken. Die technischen Herausforderungen sind so enorm, dass es bislang noch keinem gelungen ist, einen Quantencomputer zu bauen, der Kryptographen das Fürchten lehren könnte. Experten schätzen, dass bis dahin noch mindestens 5 bis 10 Jahren verstreichen werden. Und es gibt bislang auch keinerlei Hinweise darauf, dass die Codeknacker der NSA schneller ans Ziel kommen könnten. Laut Informationen der "Washington Post" ist man in deren geheimem Labor für Telekommunikationswissenschaften in Maryland gerade mal in der Lage 2 Quantenbits komplett zu kontrollieren.
Ein Quantencomputer, der Codes schneller knackt als heutige Superrechner, müsste mindestens einige 100 bis 1000 Quantenbits haben. Der Weg ist also noch weit. Den Kryptographen in aller Welt bleibt noch eine Atempause, um sich auf die neue Ära vorzubereiten, in der kaum eines der heute verwendeten Verschlüsselungsverfahren noch sicher sein wird. Der Anbruch dieser Ära ist allerdings nur eine Frage der Zeit.
