Wie weit sind Quantencomputer von konkreten Anwendungen entfernt? Und welche Hürden müssen genommen werden, damit sie ihr volles Potenzial entfalten? Darüber spricht Nobelpreisträger John M. Martinis im Interview bei seinem Besuch des diesjährigen PGI-Tages am Forschungszentrum Jülich.

John M. Martinis im Interview. Copyright: Forschungszentrum Jülich / Bernd Nörig

John M. Martinis zählt zu den Pionieren des Quantencomputing. Mit seiner Forschung schuf er wichtige Grundlagen für supraleitende Qubits, die heute in vielen Quantencomputern zum Einsatz kommen. Später leitete er bei Google das Team für Quantenhardware und spielte eine Schlüsselrolle bei dem bahnbrechenden Experiment zur Quantenüberlegenheit im Jahr 2019. Heute ist Martinis Mitgründer und Chief Technology Officer des Unternehmens Qolab, das an skalierbaren Quantencomputern arbeitet.

Nach einem Besuch in Kroatien – dort wurde er vom Präsidenten für seine wissenschaftlichen Leistungen und kroatischen Wurzeln ausgezeichnet – kam Martinis nach Jülich. Dort hielt er die Keynote beim jährlichen PGI-Tag des Peter-Grünberg-Instituts und traf langjährige Kollegen wie Frank Wilhelm-Mauch, Rami Barends und Mohammad Ansari.

Im Interview erläutert John M. Martinis, warum universell einsetzbare Quantencomputer bereits in fünf bis zehn Jahren Realität werden könnten und blickt zurück auf seine Laufbahn in der Wissenschaft, bei Google und in der Start-up-Szene.

Professor Martinis, eine Frage, die viele Menschen beschäftigt, lautet: Wann werden wir Quantencomputer haben, die bei praktischen Problemen wirklich von Nutzen sind?

Die Quantencomputer, die heute gebaut werden, bewegen sich eher in einem wissenschaftlichen Maßstab und dienen dazu, bestimmte Dinge zu testen. Die eigentliche Idee besteht darin, nützliche Computer zu bauen – universell einsetzbare Quantencomputer mit 100.000 bis 1.000.000 Qubits. Davon sind wir derzeit noch deutlich entfernt.

Früher bin ich dieser Frage immer ausgewichen, aber inzwischen beantworte ich sie. Das liegt zum Teil daran, dass es in diesem Forschungsfeld einige bedeutende theoretische Fortschritte gegeben hat. Außerdem stehen gute finanzielle Mittel zur Verfügung, und viele Akteure – darunter auch mein eigenes Unternehmen – behaupten, zu wissen, wie man einen Quantencomputer baut.

Deshalb denke ich, dass ein universell einsetzbarer Quantencomputer innerhalb von fünf bis zehn Jahren gebaut werden könnte. Es könnte allerdings auch länger dauern, weil Wissenschaftler und Physiker die Anforderungen an die Systemtechnik und die Schwierigkeiten beim Bau eines Quantencomputers noch nicht vollständig erfasst haben.

Ein Grund, weshalb ich von fünf bis zehn Jahren spreche, ist, dass ein solcher universell einsetzbarer Quantencomputer leistungsfähig genug wäre, heutige Verschlüsselungsverfahren zu knacken. Dazu gehören die RSA-Verschlüsselung und die Kryptografie auf Basis elliptischer Kurven, die in zahlreichen Hardwaresystemen eingesetzt wird. Diese wird auch für Bitcoin verwendet.

Es ist wichtig, auf all das vorbereitet zu sein. Der entscheidende Punkt ist, dass derzeit einige ernst zu nehmende Entwicklungen stattfinden, die erhebliche Auswirkungen auf die Computersicherheit haben könnten.

Ich spreche darüber, weil ich es für wichtig halte, dass Menschen beginnen, über eine Verbesserung der Internetsicherheit nachzudenken. Es gibt Protokolle und Verfahren, mit denen sich das erreichen lässt. Man ist sich ihrer bewusst und arbeitet daran.

Ich war beispielsweise im Weißen Haus, als Präsident Trump das Handelsministerium und andere Regierungsbehörden aufforderte, diese Protokolle bis 2030 zu entwickeln. Es geschieht also etwas, und das ist gut. Es ist ausgesprochen wichtig, dass Menschen daran arbeiten.

In Ihrer Keynote am Forschungszentrum Jülich sprechen Sie über die Entwicklung der Quantencomputer im Laufe der Zeit. Wenn wir die heutigen Quantencomputer mit den Anfängen klassischer Computer vergleichen: Wo stehen wir heute?

Das ist etwas differenziert zu betrachten, aber ich würde sagen, was normale Computer angeht, befinden wir uns etwa auf dem Stand von 1960. Zumindest waren die Computer in den 1960er-Jahren bereits leistungsfähig genug, um konkrete Probleme zu lösen. Verglichen mit dem, was wir heute machen, waren sie natürlich noch sehr rudimentär. Dennoch entspricht die heutige Quantencomputertechnologie meiner Meinung nach in etwa dem Stand, den die klassische Computertechnik damals erreicht hatte: Wir haben die Technologie erfunden, und es wurden erste Systeme aufgebaut.

In meinem Vortrag geht es darum, dass wir nun den Schritt von supraleitenden Quantencomputern mit sehr vielen Kabelverbindungen hin zu echten integrierten Schaltkreisen machen müssen. Wir haben einen Plan, wie wir das erreichen können. Aber es ist eine Menge Arbeit und keineswegs einfach.

Aus der Außenperspektive kann Quantencomputing bisweilen überbewertet wirken. Ist es möglich, dass Quantencomputer herkömmliche Computer niemals übertreffen werden?

Über Quantencomputing wird nun schon seit vielen Jahrzehnten gesprochen, das ist eine lange Zeit. Quantencomputer sind viel schwieriger zu bauen als klassische Computer. Und klassische Computer werden immer größer und besser – man muss sich nur ansehen, wozu GPUs heute in der Lage sind. In diesem Sinne verschiebt sich das Ziel ständig.

Was für die Quanteninformatik spricht, ist das Experiment zur Quantenüberlegenheit, das wir bei Google durchgeführt haben. Es hat gezeigt, dass ein Quantencomputer leistungsfähig sein kann und dass es keine neuen grundlegenden physikalischen Gesetze gibt, die einem im Weg stehen würden. Sicher, es ist viel Arbeit erforderlich. Aber die Theorie und die Experimente sehen gut aus.

Gab es in den vergangenen Jahren Entwicklungen, die Sie besonders überrascht haben?

Ja, in den letzten ein oder zwei Jahren gab es Entwicklungen bei den Quantenfehlercodes. Forschende haben neue Ideen, wie man physikalische Qubits zu einem logischen Qubit zusammenfügen kann, sodass man nicht so viele Qubits benötigt, um einen großen Quantencomputer zu bauen.

Ich selbst verstehe noch nicht alle Einzelheiten. Es muss noch praktisch demonstriert werden, und ich habe gewisse Zweifel daran, ob es tatsächlich so einfach ist, wie es mitunter dargestellt wird. Aber die Ansätze sehen wirklich interessant aus.

Selbst wenn das nicht der Fall sein sollte, gibt es einfache Verbesserungen, die man am Oberflächen-Code vornehmen kann – der ja gewissermaßen die grundlegendste Methode zum Bau eines Quantencomputers darstellt.

Was ist Ihrer Ansicht nach derzeit der größte Engpass?

Ich denke, das größte Problem liegt in der Mikrofabrikation und in der Herstellung der Bauelemente. Heute kann man gute Qubits herstellen und Systeme mit 50, 100 oder 200 Qubits bauen. Aber diese Systeme müssen zuverlässiger werden. Man muss die Qubits so fertigen, dass es weniger Ausfälle gibt.

Im Kern geht es darum, Qubits so herzustellen, dass sie sich für eine Serienfertigung eignen. Einen einzelnen CMOS-Transistor kann man problemlos fertigen. Am Ende muss man aber Millionen oder Milliarden – inzwischen wohl sogar beinahe Billionen – Transistoren herstellen.

Es ist enorm aufwändig, herauszufinden, wie sich das bewerkstelligen lässt. Ich habe dies als eines der zentralen Probleme identifiziert, ebenso wie unser Unternehmen. Und wir haben einige Ideen, wie es sich lösen lassen könnte.

Sie haben in mehreren sehr unterschiedlichen Umgebungen gearbeitet: in einem nationalen Forschungslabor, an einer Universität, bei Google und nun in Ihrem eigenen Start-up QoLab. Was sind Ihrer Meinung nach die größten Unterschiede?

Ich bin sehr froh, dass ich an all diesen Orten gearbeitet habe, denn zu der jeweiligen Zeit waren sie perfekt für mich. Im nationalen Labor konnte ich mich auf die Physik von Quantenbauelementen konzentrieren. Ich habe es genossen, im Labor zu sein. Es hat mir Spaß gemacht, im Detail zu verstehen, was dort vor sich ging.

Danach ging ich an eine Universität, an der man viele Studierende betreuen konnte. Ich hatte viel Autonomie bei der Entscheidung, was ich tun wollte. Es war wirklich eine Zeit, in der man die Technologie vorantreiben konnte. Google war großartig, weil wir die Ressourcen hatten, ein großes Team aufzubauen und Mitarbeiter einzustellen. Aber letztendlich gab es viel Politik, und die Dinge entwickelten sich in seltsame Richtungen.

In einem Startup hingegen kann man seine eigene Richtung vorgeben und entscheiden, was man tun möchte. Natürlich muss man Geld beschaffen, Fundraising betreiben und dergleichen.

Es hat mir Spaß gemacht, die verschiedenen Arten der wissenschaftlichen Arbeit kennenzulernen. Für meine Karriere hat sich das eigentlich ganz gut entwickelt. Ich war wirklich glücklich, an der Universität in Santa Barbara zu lehren. Alles war großartig. Wenn ich jedoch einen nützlichen Quantencomputer bauen wollte, musste ich über die universitäre Forschung hinausgehen. Das ist sozusagen der Grund, warum ich in Erwägung gezogen habe, bei Google zu arbeiten.

Ich würde daher nicht sagen, dass eines dieser Modelle besser ist als ein anderes. Sie sind einfach unterschiedlich. Jeder muss anhand seiner Persönlichkeit und seiner Wünsche entscheiden.

Interview: Tobias Schlößer. Aus dem Englischen übersetzt.

Interview online

Video: Keynote von John M. Martinis beim PGI-Tag 2026 am Forschungszentrum Jülich (Länge: 56 Min.)

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