Ein Quantencomputer nutzt die Gesetze der Quantenmechanik, um Informationen zu verarbeiten. Statt klassischer Bits, die entweder 0 oder 1 sind, arbeitet er mit Qubits, die dank Superposition (Überlagerung) gleichzeitig mehrere Zustände annehmen können. Durch Verschränkung werden Qubits außerdem so korreliert, dass der Zustand des einen vom anderen abhängt.
Wie ein Quantencomputer arbeitet
Ein Qubit lässt sich zum Beispiel durch die Spin-Orientierung eines Elektrons, durch eingefangene Ionen oder durch supraleitende Schaltkreise realisieren. Operationen übernehmen Quantengatter statt klassischer Logikgatter. Erst die Messung kollabiert die Superposition in einen klassischen Zustand (0 oder 1) — das Ergebnis ist probabilistisch und muss durch Wiederholung abgesichert werden. Weil Qubits sehr störanfällig sind, benötigen praktische Systeme eine aufwändige Quantenfehlerkorrektur; die heutige Ära bezeichnet man als NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum).
Bedeutung für die Kryptographie
Der Shor-Algorithmus kann große Zahlen in Polynomialzeit faktorisieren und damit RSA und Elliptic-Curve-Verfahren brechen. Der Grover-Algorithmus beschleunigt die Suche quadratisch — bei symmetrischer Verschlüsselung hilft daher bereits eine Verdopplung der Schlüssellänge als Gegenmittel. Für Public-Key-Verfahren reicht das nicht, hier sind Post-Quanten-Kryptographie und ML-KEM beziehungsweise ML-DSA nötig. Wer heute verschlüsselte Daten speichert, muss zudem das Harvest-Now-Decrypt-Later-Szenario berücksichtigen.
Verwandte Grundlagen: SLH-DSA, Digitale Signatur, RSA, Schlüsselaustausch. Vertiefungen: Quantenkryptographie, Shor-Algorithmus, Gitterkryptographie.