Jedes Mal, wenn Sie online mit Ihrer Kreditkarte einkaufen, ein Update auf Ihrem Handy installieren oder eine vertrauliche Datei an einen Kollegen senden, helfen Internet-Sicherheitsprotokolle dabei, Ihre Daten zu schützen. Diese Verschlüsselungssysteme schützen täglich Milliarden von Transaktionen und Kommunikationen mithilfe von Algorithmen, die für herkömmliche Computer zu schwierig zu knacken sind. Selbst ein Hacker mit dem leistungsstärksten Supercomputer bräuchte Millionen von Jahren, um den richtigen Schlüssel zu finden.

Doch mit einem neuen Gerät, dem sogenannten Quantencomputer, könnten sie den Code in wenigen Stunden knacken. Während diese Maschinen das Potenzial haben, Wissenschaftlern bei der Entdeckung bahnbrechender Medikamente oder der Entwicklung hocheffizienter Batterien zu helfen, könnten sie auch kriminellen Organisationen oder staatlich geförderten Hackern ermöglichen, die Grundfesten der digitalen Sicherheit zu erschüttern.

Obwohl Quantencomputer keine unmittelbare Gefahr darstellen, ist die Bedrohung real – und wächst. Es ist klug, sich jetzt vorzubereiten, nicht später in Panik zu geraten.

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

In einem herkömmlichen Computer werden diese Bits mithilfe von elektrischen Signalen erzeugt, die entweder ein- oder ausgeschaltet sind. Quantencomputer hingegen verwenden winzige Teilchen, sogenannte Qubits. Dank einer Quanteneigenschaft namens Superposition können Qubits gleichzeitig die Zustände 0 und 1 annehmen. Dies ermöglicht es Quantencomputern, viele mögliche Lösungen gleichzeitig zu untersuchen, anstatt nur eine nach der anderen.

Quantencomputer sind so leistungsstark, weil sie völlig anders funktionieren als herkömmliche Computer. Qubits können mehrere Möglichkeiten gleichzeitig darstellen, was bedeutet, dass ein Quantencomputer eine riesige 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. Beispielsweise können zwei Qubits vier Kombinationen darstellen, drei Qubits acht und 50 Qubits über eine Billiarde Kombinationen. Dies macht Quantencomputer besonders vielversprechend für Aufgaben wie die Simulation von Molekülen, das Knacken von Verschlüsselungen oder das Lösen komplexer Optimierungsprobleme.

Die Gefahr des Quantencomputings besteht darin, dass es die Verschlüsselungssysteme knacken könnte, die unsere digitale Welt schützen – darunter Online-Banking, E-Mails und sichere Websites. Sensible Informationen würden offengelegt, Finanzsysteme kompromittiert und das digitale Rückgrat ganzer Branchen untergraben.

Verschlüsselung funktioniert, indem sensible Informationen in ein Format umgewandelt werden, das für jeden unlesbar ist, der nicht im Besitz des Schlüssels ist – eines Codes zum Ver- und Entschlüsseln der Daten. Viele der heutigen Verschlüsselungsalgorithmen basieren auf Einwegfunktionen, die in eine Richtung wesentlich einfacher zu berechnen sind als in die andere. Computer können beispielsweise zwei 40-stellige Primzahlen in einem Bruchteil einer Sekunde multiplizieren, aber es bräuchte eine astronomische Menge an Ausprobieren, 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 eine Umkehrung des Vorgangs ohne den Schlüssel so gut wie unmöglich.

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

Der von Peter Shor im Jahr 1994 entwickelte Shors-Algorithmus ermöglicht es einem Quantencomputer, große Zahlen exponentiell schneller zu faktorisieren als klassische Computer. Dies würde die mathematische Grundlage von Verschlüsselungssystemen wie RSA, das für die digitale Sicherheit weit verbreitet ist, brechen. 

Experten zufolge wird Quantencomputing für mindestens 10 bis 20 Jahre keine Bedrohung für die Kryptographie darstellen. Diese Computer sind schwierig zu bauen und zu betreiben. Aktuelle Modelle enthalten höchstens 1.000 Qubits, und es gibt keinen klaren Weg, die Anzahl auf die für das Knacken heutiger Verschlüsselungssysteme notwendigen Werte zu erhöhen.

Wie bei jeder neuen Technologie können Durchbrüche jedoch jederzeit unmittelbar bevorstehen. Regierungen und große Unternehmen unterstützen das Bestreben, großflächige Quantencomputer zu bauen, und es werden ständig Verbesserungen erzielt. 

Quantencomputer stellen heute noch keine Bedrohung dar, aber böswillige Akteure könnten konventionelle Methoden nutzen, um Daten zu sammeln, in Erwartung eines leistungsfähigen Quantencomputers. Bei einer Strategie namens „Ernten jetzt, Entschlüsseln später“ (HNDL) stehlen Angreifer möglicherweise schon jetzt verschlüsselte Informationen, um sie zu entschlüsseln, wenn großflächige Quantencomputer allgemein verfügbar sind.