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Quantenkryptografie

Ein Quantum Computer


Quantencomputer verfügen über genügend Rechenleistung, um komplexe Verschlüsselungsverfahren auszuhebeln. Die gute Nachricht: Bewährte Verschlüsselungslösungen wie Hardwaresicherheitsmodule (HSM) sind schon heute verfügbar und lassen sich für das Postquantenzeitalter rüsten. Mit dem richtigen Know-how stehen Unternehmen und öffentliche Auftraggeber Cyberangriffen mit Quantencomputern nicht schutzlos gegenüber. Es ist allerdings höchste Zeit, die IT-Sicherheitsstrategie anzupassen.

Quantencomputer können Aufgaben mit unzähligen Kombinationsmöglichkeiten etwa hundert- bis tausendmal schneller berechnen als konventionelle Supercomputer (Kasten: „Wie arbeiten eigentlich Quantencomputer?“). Davon profitieren beispielsweise Banken. Mithilfe so genannter Monte-Carlo-Simulationen, Verfahren mit einer sehr großen Zahl gleichartiger Zufallsexperimente, können sie ihren aktuellen Finanzstatus ermitteln. Quantenrechner eröffnen zudem völlig neue Möglichkeiten bei Problemstellungen, die eine große Zahl von Kombinationen und möglichen Lösungswegen aufweisen. Dazu zählen die Optimierung von Versorgungsnetzen in der Strom- und Wasserversorgung, die Simulation des Faltvorgangs bei Proteinen, die Bildanalyse und Objekterkennung sowie der gesamte Bereich maschinellen Lernens.

Quantencomputer werden bereits in unterschiedlichen Einsatzfeldern erprobt (Abb. 1). Die Volkswagen AG [1] nutzt die Technologie beispielsweise dazu, um neue Ansätze für die Verkehrssteuerung zu entwickeln. Das Ziel ist, die Bildung von Verkehrsstaus in Großstädten wie Peking zu verhindern, bevor sie überhaupt entstehen. Normale Rechner wären mit der Vielzahl der anfallenden Rechenoperationen überfordert. Wegen der großen Menge von Autos, die man auf unzählige alternative Punkte verteilen muss, komme es schnell zu einer kombinatorischen Explosion. Diese würde klassische Computer überfordern, selbst mit der Cloud dahinter, so ein Forscher von Volkswagen. Daher setzt Volkswagen im Rahmen des Projekts einen Quantencomputer von D-Wave Systems ein.

pollmann_quantenkrypto_1.tif_fmt1.jpgAbb. 1: Quantencomputer von IBM

Wie arbeiten eigentlich Quantencomputer?

Herkömmliche Rechner verwenden als grundlegende Informationseinheit Bits. Diese können den Zustand 1 oder 0 annehmen. Die Bits liegen in einer Reihe in einem Register. Bei Rechenoperationen werden die Bits per Programm umgelegt, von 1 in 0 oder umgekehrt. Am Ende des Vorgangs gibt der Computer das Resultat der Berechnung aus.

Quantencomputer dagegen arbeiten mit Qubits. Diese weisen drei Z...

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