Quantencomputer und Sicherheit für das Land

Deshalb investieren starke Länder viel Geld in Quantencomputer (Quantum Computing - QC). Sie wollen schwierige Probleme lösen.

Ein wichtiges Problem ist die Sicherheit. Quantencomputer können vielleicht Codes brechen. Diese Codes schützen heute Banken, digitale Infrastruktur und militärische Netzwerke auf der ganzen Welt.

Finanz-Sicherheit und Verteidigung: Ein Problem für heutige Codes

Ein großer Unterschied zwischen Quantencomputern und normalen Computern ist: Quantencomputer können heutige Codes brechen. Heute benutzen Banken und Online-Shops den RSA-Algorithmus. Dieser Algorithmus ist die Basis für Sicherheit.

Der RSA-Algorithmus ist sehr kompliziert, aber die Idee ist einfach: Man nimmt zwei große Primzahlen und multipliziert sie. Das ist leicht. Aber der umgekehrte Weg ist sehr schwer: Man hat nur das Ergebnis und muss die zwei Primzahlen finden.

Ein Beispiel: Ein Kind in der Grundschule kann 389 x 431 = 167659 rechnen. Aber ein Student (nicht Mathematik) kann auch mit einem Computer Probleme haben, die umgekehrte Aufgabe zu lösen: Finde die zwei Primzahlen, deren Produkt 167659 ist.

In diesem Beispiel hat das Produkt 167659 nur 6 Ziffern. Aber wichtige Sicherheitssysteme in der Welt benutzen heute RSA-Schlüssel mit Hunderten von Ziffern. Das ist sehr schwer zurückzurechnen.

Zum Beispiel: Wenn das Produkt 174 Ziffern hat, braucht ein sehr starker Supercomputer 43 Tage, um die zwei Primzahlen zu finden. Wenn das Produkt 617 Ziffern hat (das nennt man in der Informatik RSA-Schlüssel mit 2.048 Bit), braucht er mehr als dreihundert Tausend Jahre. Das zeigt: Mit normalen Computern kann man einen RSA-Schlüssel mit großen Zahlen praktisch nicht brechen.

Peter Shor zeigt, dass ein Quantenalgorithmus RSA-Codes brechen kann, die wichtige Systeme schützen, von Banken bis zur Verteidigung.

Aber im Jahr 1994 hat Peter Shor einen Quantenalgorithmus gebaut. Er hat gezeigt: Dieser Algorithmus kann RSA-Codes mit 2.048 Bit in nur einigen Dutzend Tagen brechen. Er arbeitete damals bei Bell Labs und ist heute Professor für Mathematik am MIT.

Vor kurzem haben Mathematiker vom MIT geschätzt: Mit 20 Millionen Qubits braucht man nur 8 Stunden. Eine neue Studie von Google Quantum AI zeigt: Ein RSA-Schlüssel mit 2048 Bit kann in weniger als einer Woche gebrochen werden. Dafür braucht man einen Quantencomputer mit weniger als einer Million Qubits, auch wenn die Qubits noch Fehler haben [1].

Ein Quantencomputer und ein Quantenalgorithmus benutzen Qubits (quantum bit). Das ist anders als ein normales Bit. Ein Qubit kann in einem "Superpositions-Zustand" sein. Es hat gleichzeitig die Eigenschaften von zwei Zuständen. Wenn es mehr Qubits gibt, kann das Quantensystem sehr viel mehr Informationen darstellen und verarbeiten. Deshalb kann es manche Probleme lösen, die normale Computer nicht lösen können. Besonders der Algorithmus von Peter Shor kann sehr schnell die zwei Primzahlen aus ihrem Produkt finden.

Theoretisch kann QC also alle Codes von allen Banken und Finanzinstituten und alle Dokumente der nationalen Verteidigung brechen. Außerdem sagen Wissenschaftler von Google: Auch virtuelle Währungen mit einem Wert von Tausenden von Milliarden US-Dollar können in Gefahr sein [2].

Zum Glück gibt es so einen Computer in der Praxis noch nicht. Er braucht vielleicht noch etwa zehn Jahre bis er gebaut wird. Deshalb investieren nicht nur Banken und Finanzinstitute, sondern auch viele Regierungen sehr viel Geld in Forschung und Entwicklung von Quantencomputern. Wer Quantencomputing beherrscht, kann sich nicht nur gegen "Quanten-Hacker" schützen, sondern auch neue Sicherheitssysteme und neue Währungssysteme entwickeln.

Codes sind nicht nur für Verteidigung, sondern auch für Angriff

Ein konkretes Beispiel zeigt: Wer die Code-Technologie beherrscht, kann sich nicht nur schützen, sondern sie auch wie eine gefährliche Waffe benutzen. Das ist die Geschichte der Alliierten im Zweiten Weltkrieg. Sie haben den Code von Nazi-Deutschland gebrochen und dadurch die Situation auf dem Schlachtfeld verändert.

Damals benutzte die deutsche Armee Enigma-Maschinen. Sie hat geheime Befehle mit Enigma verschlüsselt und an Einheiten an der Front geschickt. Sie hatte keine Angst, dass die Information bekannt wird, weil die Enigma-Verschlüsselung damals sehr stark war. Normalerweise brauchten die Alliierten Monate, um den Code zu lösen. Bei den deutschen Einheiten an der Front wurden die geheimen Befehle aber sehr schnell wieder entschlüsselt - auch mit einer Enigma-Maschine.

Deshalb konnte die deutsche Armee überraschende Angriffe mit vielen Einheiten machen. Die Alliierten hatten viele Niederlagen und große Verluste. Erst als sie die ersten elektronischen Computer bauten und damit die Codes brachen, konnten sie die Pläne kennen und rechtzeitig reagieren. Die deutsche Armee war überrascht und konnte nicht schnell reagieren. Sie verlor viele wichtige Schlachten nacheinander. Deshalb sagen viele Historiker: Das Brechen der Codes hat eine entscheidende Rolle gespielt und die Situation im Zweiten Weltkrieg verändert [3].

Das Potenzial von Quantencomputing liegt nicht nur in der Fähigkeit, Codes zu brechen.