Jedes Mal, wenn Sie mit Ihrer Kreditkarte online einkaufen, ein Update auf Ihrem Telefon installieren oder eine vertrauliche Datei an einen Kollegen senden, tragen Internet-Sicherheitsprotokolle dazu bei, Ihre Daten zu schützen. Diese Verschlüsselungssysteme schützen jeden Tag Milliarden von Transaktionen und Kommunikationen und verwenden Algorithmen, die für herkömmliche Computer zu schwer zu knacken sind. Selbst ein Hacker, der den leistungsstärksten Supercomputer in der Hand hält, würde Millionen von Jahren brauchen, um den richtigen Passkey zu finden.

Aber mit einem neuen Gerät, einem Quantencomputer, könnten sie den Code innerhalb von Stunden knacken. Während diese Maschinen das Potenzial haben, Wissenschaftlern dabei zu helfen, Blockbuster-Medikamente zu entdecken oder hocheffiziente Batterien zu entwickeln, könnten sie es auch Verbrechersyndikaten oder staatlich geförderten Hackern ermöglichen, das Fundament der digitalen Sicherheit zu erschüttern.

Obwohl Quantencomputer keine unmittelbare Gefahr darstellen, ist die Bedrohung real – und nimmt zu. Der kluge Schachzug ist, sich jetzt vorzubereiten und nicht später in Panik zu geraten.

Quantencomputer sind eine neue Art von Technologie, die die Prinzipien der Quantenphysik nutzt, um Probleme zu lösen, die für heutige Computer extrem schwer – oder sogar unmöglich – zu lösen sind. Wie herkömmliche Computer speichern sie Informationen in Bits, die normalerweise als 0 und 1 dargestellt werden.

In einem normalen Computer werden diese Bits mit elektrischen Signalen erzeugt, die entweder ein- oder ausgeschaltet sind. Quantencomputer verwenden jedoch winzige Teilchen, die Qubits genannt werden. Dank einer Quanteneigenschaft namens Superposition können Qubits gleichzeitig in einer Mischung aus 0 und 1 liegen. Dies ermöglicht es Quantencomputern, viele mögliche Lösungen auf einmal zu erforschen, anstatt eine nach der anderen.

Quantencomputing ist leistungsstark, weil es auf eine völlig andere Art und Weise funktioniert als herkömmliche Computer. Qubits können mehrere Möglichkeiten gleichzeitig darstellen, was bedeutet, dass ein Quantencomputer eine große Anzahl potenzieller Lösungen gleichzeitig verarbeiten kann.

Dies führt zu einem exponentiellen Wachstum der Rechenleistung: Jedes neue Qubit verdoppelt die Anzahl der Zustände, die der Computer verarbeiten kann. Zum Beispiel können zwei Qubits vier Kombinationen darstellen, drei Qubits können acht darstellen und 50 Qubits können mehr als eine Billiarde Kombinationen darstellen. Das macht Quantencomputer besonders vielversprechend für Aufgaben wie die Simulation von Molekülen, das Knacken von Verschlüsselungen oder das Lösen komplexer Optimierungsprobleme.

Die Gefahr von Quantencomputern besteht darin, dass sie die Verschlüsselungssysteme knacken könnten, die unsere digitale Welt schützen – einschließlich Online-Banking, E-Mails und sichere Websites. Sensible Informationen würden offengelegt, Finanzsysteme kompromittiert und das digitale Rückgrat ganzer Branchen untergraben.

Bei der Verschlüsselung werden sensible Informationen in ein Format umgewandelt, das für jeden, der den Schlüssel nicht besitzt, unlesbar ist, einen Code zum Verschlüsseln und Entschlüsseln der Daten. Viele der heutigen Verschlüsselungsalgorithmen beruhen auf unidirektionalen Funktionen, die in eine Richtung viel einfacher zu berechnen sind als in umgekehrter Richtung. Zum Beispiel können Computer zwei 40-stellige Primzahlen im Bruchteil einer Sekunde multiplizieren, aber es würde eine astronomische Menge an Brute-Force-Raten erfordern, um die Faktoren aus dem Ergebnis zu bestimmen. Diese Schwierigkeit bildet die Grundlage der digitalen Sicherheit: Sobald diese Algorithmen die Zahlenfolgen verschlüsseln, die Computer zur Darstellung von Informationen verwenden, ist es ohne den Schlüssel so gut wie unmöglich, den Vorgang rückgängig zu machen.

Durch das gleichzeitige Testen einer Vielzahl möglicher Lösungen könnten Quantencomputer diese mathematische Barriere jedoch durchbrechen, insbesondere mit Hilfe von Algorithmen , die den Prozess effizienter (aber für einen klassischen Computer immer noch zu zeitaufwändig) machen. Während ein Supercomputer Millionen von Jahren braucht, um ein modernes Kryptosystem zu knacken, könnte ein Quantencomputer mit 20 Millionen Qubits die Arbeit in acht Stunden erledigen.

Der 1994 von Peter Shor entwickelte Shor-Algorithmus ermöglicht es einem Quantencomputer, große Zahlen exponentiell schneller zu faktorisieren als klassische Computer, was die mathematische Grundlage von Verschlüsselungssystemen wie RSA sprengen würde, die für die digitale Sicherheit weit verbreitet sind. 

Quantencomputer werden nach Ansicht von Experten frühestens in 10 bis 20 Jahren eine Bedrohung für die Kryptographie darstellen. Diese Computer sind schwierig zu erstellen und auszuführen. Aktuelle Modelle enthalten maximal 1.000 Qubits, und es gibt keinen klaren Weg zur Skalierung auf die Zahlen, die erforderlich sind, um die heutigen Verschlüsselungssysteme zu knacken.

Wie bei jeder aufstrebenden Technologie kann der Durchbruch jedoch immer unmittelbar bevorstehen. Regierungen und Großunternehmen unterstützen das Bestreben, große Quantencomputer zu bauen, und es gibt immer mehr Verbesserungen. 

Quantencomputer stellen heute keine Bedrohung mehr dar, aber böswillige Akteure könnten herkömmliche Methoden verwenden, um Daten zu sammeln, in Erwartung eines leistungsfähigen Quantencomputers. Bei einer Strategie namens "harvest now, decrypt later" (HNDL) stehlen Angreifer möglicherweise bereits verschlüsselte Informationen, um sie zu entschlüsseln, wenn große Quantencomputer allgemein verfügbar werden.