03.08.2020
 

CIO Kongress Web Cafe 05 - The Next Big Thing: Österreichische Quanten-Technologie

Status Quo in der Quantentechnologie & ihre Auswirkungen auf IT & Security

(Textliche Webinar-Zusammenfassung von Sybille Müller)

Was können Hochleistungsrechner weltweit schaffen? Wie muss ein Labor eigentlich aussehen, um einen Quantencomputer bauen zu können? Wie kann ein Quantencomputer im Rechnungszentrum (Keller) aufgestellt werden? Wir haben den Experten Dr. Thomas Monz in unser Web Café eingeladen, um für Aufklärung zu sorgen. Denn Menschen wollen nun einmal kein Labor einrichten, sondern sind am Produkt selbst interessiert.

Quantentechnologie in Verbindung mit IT & Security

Es ging im Webinar um Quantentechnologie – natürlich in Bezug auf IT & Security mit Cyberaspekten. Der geladene Gast Dr. Thomas Monz ist ein vielfach ausgezeichneter Physiker aus dem österreichischen Bundesland Tirol. Er arbeitet als wissenschaftlicher Experte und ist für exzellente Leistungen bekannt, allen voran auf dem Gebiet der Experimentalphysik.

Das Ziel des Webinars

Der Geschäftsführer der AQT möchte mit seinem Team die Realisierung eines Quantencomputers vollbringen. Das Ziel des Webinars war, den Teilnehmenden einen Einblick zu verschaffen, wie es möglich ist, in der kleinen Alpenstadt Innsbruck einen Quantencomputer zu bauen. AQT ist eines der wenigen Start-up-Unternehmen in Österreich, die als Technologiepioniere versuchen, ein derart herausragendes Projekt zu verwirklichen.

Der Vortragende ist ein experimenteller Quantenphysiker, CEO und Mitbegründer des österreichischen Quantencomputer-Start-ups AQT. Der Hintergrund seiner Tätigkeit basiert auf der Validierung sowie Verifizierung von Quantencomputern, auf der Realisierung von Quantenalgorithmen und auf Ionenfallen basierenden Quantentechnologien.

Produkte und Dienstleistungen im Fokus

Die Zielsetzung des Unternehmens AQT war, für all jene Interessierten, die ein Rechnungszentrum haben, ein Produkt herzustellen, das sie problemlos unterbringen können. Den Webinar-TeilnehmerInnen wurden die Maße eines derartig sensationellen Produktes offengelegt. Ein Quantencomputer besteht aus zwei ganz normalen 19 Zoll Rack-Einheiten – mit einer Höhe von zwei Metern, einem Meter Tiefe und zwei Metern Breite. Was vor kurzem noch in einem 70 Quadratmeter großem Labor untergebracht wurde, das passt jetzt tatsächlich auf vier Kubikmeter 19 Zoll Rack-Einheiten.

Zu den diesbezüglichen Dienstleistungen gehört das Entwickeln von verschiedenen Modulen für Forschung und Entwicklung. Diese werden für universitäre und sonstige Partner kreiert. Es wurde bereits jetzt der Zugang zu den Systemen bzw. Maschinen für kommerzielle und akademische Kunden realisiert. Dies geschah via Cloud. Das Expertenteam rund um Dr. Monz spezialisiert sich insbesondere auf die Automatisierung und Integration. Auf diese Weise gelingt das Realwerden als Cloudanbieter in Europa.

Einen Blick hinein in den Quantencomputer

Der Quantencomputer made in Innsbruck besteht aus mehreren Lasern auf der rechten Seite, weiter unten ein wenig Elektronik. Dann das Herzstück des Prozessors, die Vakuumapparatur mit den ganzen Optiken drin. Darüber sind hauptsächlich Vibrationsisolierung, Magnetfeld usw. angebracht.

Dr. Monz stellte den Teilnehmenden des Webinars eine direkte Frage: Ob sie denn glauben, eine neue Programmiersprache erlernen zu müssen, um mit dem Computer sprechen zu können. Ja oder nein? Der Experte erklärte, Interessierte können im einfachen Backend (Datenzugriffsebene) AQT angeben und dann direkt ihre Quantenalgorithmen entwickeln und über die Cloud auf die Maschine des Experten und seines Teams laden. Folgende Softwares sind hierbei von Belang: Qiskit, Pennylane, Cirq, QuEST und Pytket.

Erstes Kurzumfrageergebnis: Denken Sie, Ihre Arbeitsbereiche werden in den kommenden 5 bis 10 Jahren von Quantentechnologie beeinflusst?

Ja

76 Prozent

Nein

24 Prozent

Quantentechnologien in Bezug auf die Kommunikation

Diese Technologie erlaubt eine Verbindung zwischen zwei Knoten herzustellen, die aufgrund von physikalischen Regeln durchaus abhörsicher sind. Die Kabelverbindung kann soweit aufgebaut werden, dass keiner mehr in der Lage ist, am Laptop mitlesen zu können.

Wie sieht es mit der Verschlüsselung aus?

Der Experte verwies hierbei auf das Unknackbare eines Computers. Es geht allen voran um die Frage, wie lange Dokumente in einem Computer gelagert werden sollen. Finanzbehörden, so Dr. Monz, lagern im Normalfall bis zu sieben oder zehn Jahre lang diverse Dokumente. Wer ist der Nachfolger der bislang üblichen RSA-Verschlüsselung? Sofern man diese als nicht mehr sicher einzustufen vermag.

Quantentechnologien und Navigation

Laut dem Physiker Dr. Monz kann man mit Quantenmethoden sehr vieles in Bezug auf die Navigation bewirken. Vor allem hinsichtlich der Beschleunigung und auch, was die Rotation anbelangt. Mithilfe von Quantenmethoden gelingt es äußerst empfindliche Sensoren zu bauen, die zum Beispiel für die Navigation eines U-Bootes (Positionsbestimmung) eingesetzt werden. Für die Indikation der Lage sind somit derartige Beschleunigungssensoren von großem Nutzen und viel effizienter als Radar.

Optimierungsmöglichkeiten in den unterschiedlichsten Bereichen

Die Paketverteilung in einem Flieger ist ein Logistikproblem. Auch im Bereich Chip-Layout, in der Medizin und Finanz, sind bessere Optimierungsalgorithmen anwendbar. Die mathematischen Probleme sind alle sehr eng. So geht es auch in der Medizin und Finanz darum zu eruieren, wo der maximale Gewinn bei minimalem Risiko liegt. Oder wo man bei einem Medikament die maximale Wirkung bei minimalen Nebenwirkungen erreicht. Man kennt hier mehrere Algorithmen, die speziell in diesen Bereichen zur Anwendung kommen, um neben der Rechenleistung von klassischen Computern Alternativen anzubieten. 

Die Sicherheit im IT-Bereich

Die Entschlüsselung und die Verschlüsselung wurden bereits erwähnt. Die Quantentechnologie kann sehr gut die erforderliche Sicherung liefern, so der Physiker. Nämlich indem ein Quantencomputer perfekte Zufallszahlen regenerieren kann. Hierbei nutzt man den Effekt der Quantenmechanik der Zufälligkeit, um die Zahlen zu regenerieren. Auch bei Cyber-Attacken kann ein Quantencomputer deutlich schneller erkennen, wo, wann und wie komische Verbindungen zum Computer-System hergestellt werden bzw. bereits zustande gekommen sind.

Zweites Kurzumfrageergebnis: Finden Sie Ihre Anwendungen und Arbeitsgebiete in den von Quantentechnologien abgedeckten Bereichen wieder?

Ja

42 Prozent

Nein

58 Prozent

Die Q/A-Session

Die TeilnehmerInnen des Webinars konnten im Chat Fragen an den Experten richten. Diese wurden dann vom Moderator Ronald Subkus direkt an Dr. Monz weitergeleitet. Es folgen zwei ausgewählte Fragen:

Erste Frage: Wieso investieren Parteien wie etwa IBM oder Google in Europa und nicht in den USA?

Antwort: Die Quantenmechanik ist grob gerechnet 100 Jahre alt. Famose Wissenschaftler wie zum Beispiel Heisenberg und Einstein forschten bezüglich der Quantenmechanik in Europa. Die Quantenmechanik hat in Europa also ihren Ursprung genommen und hier haben wir auch die Quantenbasis. Den historischen Vorteil bzw. das Know-how, was die Grundlagenforschung angeht, hat zwar Europa. Nachteilig ist diesbezüglich aber das Thema Investoren. Denn diese finden sich zurzeit doch eher außerhalb von Europa.

Zweite Frage: Was für Möglichkeiten würde es auf europäischer Ebene geben, Quantentechnologie zur Abwehr einzusetzen, immer bezogen auf IT Security und die Auswirkungen der Informationstechnologie?

Antwort: Eine der einfachsten Methoden ist das Auto. Ein Auto ist heutzutage ein Handy mit Rädern. Wie kann bei einem Autopiloten sichergestellt werden, dass keiner mit diesem irgendetwas machen kann. Es stellt sich hier die Frage, wie es in diesem Rahmen gelingen kann, einen Schlüssel

quantenmechanisch zu erzeugen. Das zweite Problem ist: Wie kann dieser Schlüssel ausgetauscht werden? Das verfolgte Ziel ist, sicherzustellen, dass beim Auto beispielsweise nur authentifizierte Partner irgendwelche Daten einschließen und niemand sonst darauf Zugriff hat.

Fazit aus dem verheißungsvollen Gespräch mit dem Wissenschaftler Dr. Thomas Monz:

Die Quantenphysik stellt nicht nur die Basis für ein elementares Verstehen der Natur dar. Die Fähigkeit, Quanteneigenschaften in Hinblick auf die IT-Security zu nutzen, läutet eine ganz neue Ära in der Quantentechnologie ein. Das Webinar mit dem Vordenker Dr. Thomas Monz hat eine wegweisende Einführung in diese Thematik geboten. Die TeilnehmerInnen bekamen einen Überblick über den neuesten Stand der Technik und einen Ausblick über künftige Möglichkeiten im IT-Bereich.

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