Vor- und Nachteile des Quantencomputings: Was Sie wissen müssen

Warum die Vor- und Nachteile des Quantencomputings gerade jetzt von Bedeutung sind

Quantencomputing hat den Sprung aus den Physiklehrbüchern auf die Tagesordnungen der Vorstandssitzungen geschafft. Die US-Bundesregierung hat den „National Quantum Initiative Act“ von 2018 verabschiedet und im Anschluss daran im Rahmen des „CHIPS and Science Act“ Fördermittel bereitgestellt. Die Europäische Union wiederum räumt Quantentechnologien mit Initiativen wie dem „Quantum Flagship“-Programm Priorität ein. Diese und andere Fakten sind ein Zeichen dafür, dass diese Technologie längst keine ferne Kuriosität mehr ist. Organisationen sowohl im staatlichen als auch im privaten Sektor investieren in Quantencomputing-Kompetenzen, und führende Experten für Cybersicherheit verfolgen diese Entwicklung mit großer Aufmerksamkeit.

Das Verständnis der Vor- und Nachteile des Quantencomputings ist von entscheidender Bedeutung – nicht nur für diejenigen, die für den Datenschutz und die Verwaltung der IT-Infrastruktur verantwortlich sind, sondern auch für diejenigen, die nach Möglichkeiten zur Einführung dieser Technologie suchen und eine langfristige Technologiestrategie planen. Die Vorteile sind real und haben das Potenzial, tiefgreifende Veränderungen herbeizuführen. Die Risiken, insbesondere für einen Großteil der modernen Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln, sind ebenso erheblich.

Falls Sie eine Auffrischung der zugrunde liegenden Technologie benötigen, machen Sie sich zunächst mit den Grundlagen des Quantencomputings vertraut, bevor Sie sich mit den unten aufgeführten Vor- und Nachteilen befassen.

Die Vorteile des Quantencomputings

Lösung von Problemen, die klassische Computer nicht bewältigen können

Der grundlegendste Vorteil des Quantencomputings liegt in seiner Fähigkeit, Probleme zu lösen, die klassische Computer innerhalb eines realistischen Zeitrahmens schlichtweg nicht bewältigen können. Einfach ausgedrückt: Quantencomputer können bestimmte Probleme lösen, die herkömmliche Computer nicht bewältigen können.

Der Unterschied ist qualitativer Natur, nicht nur quantitativer. Klassische Computer verarbeiten Informationen sequenziell, selbst wenn sie parallel arbeiten. Manche Probleme lassen sich jedoch nicht in kleinere Teile zerlegen. Bei einigen Problemen müssen bestimmte Berechnungen gleichzeitig durchgeführt werden, und klassische Computer (selbst Supercomputer) sind dafür nicht ausgelegt – die Quantentechnologie hingegen schon.

Diese Fähigkeit beruht auf der Superposition, einer Quanteneigenschaft, die es Qubits ermöglicht, in einer Kombination von Zuständen zu existieren, anstatt auf eine einzige Null oder Eins festgelegt zu sein. Man kann sich das ganz einfach wie das Lösen eines Labyrinths vorstellen. Ein klassischer Computer testet jeden Weg nacheinander. Ein Quantencomputer sorgt durch sorgfältig entwickelte Algorithmen dafür, dass sich falsche Antworten gegenseitig aufheben, sodass am Ende der Berechnung der richtige Weg übrig bleibt. Quantencomputer probieren nicht einfach jede Antwort gleichzeitig mittels Brute-Force-Parallelität aus. Stattdessen nutzen sie Interferenzmuster, die falsche Ergebnisse unterdrücken und das richtige verstärken.

Dies eröffnet völlig neue Bereiche der Datenverarbeitung: die Simulation von Quantensystemen (ein Anwendungsfall, den der Physiker Richard Feynman ursprünglich 1981 vorgeschlagen hatte), die Modellierung komplexer molekularer Wechselwirkungen und die Lösung von Optimierungsproblemen, deren Komplexität exponentiell über die Grenzen klassischer Rechenmethoden hinauswächst. Um zu verstehen, wie die Superposition das Quantencomputing ermöglicht, erläutert der zeitlose Leitfaden die Mechanismen im Detail.

Geschwindigkeit und quantenökonomischer Vorteil

Quantenrechner lösen nicht nur bisher unlösbare Probleme, sondern bieten auch das Potenzial, bestimmte Probleme bei vergleichbaren Kosten schneller zu lösen. Dies wird üblicherweise als „quantencomputergestützter wirtschaftlicher Vorteil“ bezeichnet: Quantensysteme führen Aufgaben aus, die auch klassische Computer bewältigen können, benötigen dafür jedoch weitaus weniger Rechenschritte.

Betrachten wir einmal die Optimierung der Lieferkette. Klassische Computer steuern bereits die Routenplanung und Logistik für globale Lieferketten, benötigen jedoch enorme Rechenleistung, um jede einzelne Variable zu bewerten. Quantencomputer könnten denselben grundlegenden Ansatz anwenden, der auch zur Navigation durch ein Labyrinth verwendet wird, und diese Routen weitaus effizienter optimieren.

Es ist wichtig zu beachten, dass Quantencomputer nicht in allen Fällen schneller sind. Klassische Computer arbeiten in der Regel schneller als Quantencomputer, benötigen jedoch bei vielen Problemen mehr Rechenschritte als ihre Quantenpendants. Der Vorteil zeigt sich bei bestimmten Problemklassen mit großen kombinatorischen Suchräumen, bei denen die Reduzierung der Anzahl der Rechenschritte von rechnerisch undurchführbar auf machbar einen Durchbruch darstellt.

Beschleunigung von KI, Arzneimittelforschung und wissenschaftlicher Forschung

Die Fähigkeit von Quantencomputern, komplexe Berechnungen durchzuführen, bietet vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen forschungsintensiven Bereichen.

Artificial intelligence and machine learning.
With its capacity to tackle computations that strain classical hardware, quantum computing could accelerate AI’s ability to learn, adapt, and evolve. Training complex models requires evaluating enormous datasets and adjusting millions of parameters, a process that quantum speedups could compress significantly. This promising application, however, must wait for quantum computers to improve their ability to handle large amounts of data.

Drug discovery and molecular modeling.
Understanding complex gene interactions requires mathematics that classical computers struggle with. Sterling Thomas first explored quantum computing to accelerate computations related to genetic mutations, and companies like D-Wave Systems are already promoting advances in materials science and drug discovery as prime applications for their quantum technology.

Schaffung einer solideren Grundlage für die Cybersicherheit

Während die Bedrohung, die Quantencomputer für einen Großteil der derzeit eingesetzten Kryptografie darstellen, die meiste Aufmerksamkeit auf sich zieht, bietet diese Technologie auch erhebliche Vorteile für die Cybersicherheit. Quanteninformationsprotokolle wie die Quantenschlüsselverteilung (QKD) könnten die Grundlage für wesentlich stärkere Sicherheitsgarantien bilden, die potenziell die Systeme zur Erkennung und Abwehr von Cyberbedrohungen verbessern können. Das ist die Kehrseite der Verschlüsselungsmedaille. Dieselbe Rechenleistung, mit der sich aktuelle kryptografische Verfahren knacken lassen, kann auch genutzt werden, um widerstandsfähigere Verfahren zu entwickeln.

Um Daten vor Quantenangriffen zu schützen, hat das NIST bereits Standards für postquantene Kryptografie (PQC) veröffentlicht, die neue Algorithmen festlegen, die auf klassischen Computern ausgeführt werden können und sowohl klassischen als auch Quantenangriffen standhalten. Mit der Weiterentwicklung der Quantentechnologie könnten sich völlig neue Ansätze zur Erkennung von Bedrohungen, zur Identifizierung von Anomalien und zur sicheren Kommunikation ergeben, die über die Möglichkeiten klassischer Systeme hinausgehen.

Um einen tieferen Einblick in die Bedrohung der Kryptografie durch die Quantenphysik zu gewinnen und zu erfahren, wie dieselbe Technologie gleichzeitig Chancen für die Verteidigung eröffnet, beleuchtet dieser zeitlose Leitfaden beide Seiten.

Die Nachteile des Quantencomputings

Hardware und Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen

Qubits sind außerordentlich empfindlich. Schwingungen, Temperaturschwankungen und elektromagnetische Störungen können ein Qubit durch einen als Dekohärenz bezeichneten Prozess aus seinem Quantenzustand bringen. Selbst kleinste Störungen aus der Umgebung führen zu Fehlern, die die Berechnungen beeinträchtigen.

Diese Anfälligkeit hat praktische Auswirkungen. Mehrere der führenden Ansätze im Bereich des Quantencomputings erfordern Betriebsumgebungen nahe dem absoluten Nullpunkt (etwa minus 273,15 Grad Celsius), was unterkühlte Kühlanlagen, Isolierung und Vakuumkammern notwendig macht. Dies gilt insbesondere für die im Quantencomputing eingesetzten Supraleiter, die auf extrem kalte Temperaturen angewiesen sind und bei denen bereits Abweichungen von Bruchteilen eines Grads über dem absoluten Nullpunkt zu Fehlern führen. Alternative Ansätze wie die Ionenfalle erfordern zwar keine so extreme Kühlung, nutzen jedoch Magnete, um Atome zu bewegen, „was zu Interferenzen zwischen den Qubits führt.“

Experten haben erkannt, dass Quantensysteme wesentlich anfälliger sind als klassische Computer, die aufgrund ihrer hohen Robustheit nur selten Fehler machen.

Aufwand für die Fehlerkorrektur

Fehler in der Quanteninformatik bleiben nicht auf einen Bereich beschränkt. Da Qubits verschränkt sind, kann sich ein Fehler in einem Qubit rasch auf andere ausbreiten und den Zustand des Systems rapide verschlechtern.

Die Quantenfehlerkorrektur begegnet diesem Problem, indem sie Informationen auf mehrere Qubits verteilt und Messungen durchführt, um Fehler zu erkennen, ohne die zugrunde liegende Berechnung zu stören. Das Ziel ist es, „logische Qubits“ zu schaffen, die theoretisch vor Fehlern geschützt sind. Dieser Ansatz erfordert jedoch für jedes logische Qubit viele physikalische Qubits, was bedeutet, dass die für sinnvolle Berechnungen erforderlichen Systeme weitaus größer sind als das, was hardware derzeitige hardware .

Auch klassische Computer sind auf Fehlerkorrektur angewiesen, doch fällt dies kaum auf, da herkömmliche Systeme mittlerweile sehr gut darin sind, Fehler auszugleichen. Die Quantencomputertechnik befindet sich noch in diesem Reifungsprozess, und der durch die Fehlerkorrektur verursachte Mehraufwand schmälert direkt die für die eigentliche Berechnung verfügbare Rechenleistung.

Extrem hoher Kosten- und Energieaufwand

Die infrastrukturellen Anforderungen des Quantencomputings sind mit erheblichen finanziellen und energetischen Kosten verbunden. Die für einige Quantencomputer-Architekturen erforderlichen Kühlsysteme, die Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erfordern, sind groß, komplex und teuer. Andere Ansätze erfordern große Vakuumkammern. Diese Anforderungen machen den Einsatz von Quantencomputern vor Ort für die meisten Unternehmen unpraktikabel.

Der Energieverbrauch ist ein zunehmend wichtiges Thema, das den früheren Optimismus hinsichtlich der Quanteneffizienz in Frage stellt. Zu Beginn der Entwicklung der Quantencomputer bestand die Hoffnung, dass für die Berechnungen keine großen Rechenzentren erforderlich sein würden, da ein einzelnes Qubit viel mehr Informationen „speichern“ kann. Wenn jedoch der Betrieb kleinerer Quantencomputer mehr Energie erfordert als die klassischen Alternativen, entfällt dieser Vorteil.

Da generative KI und andere Technologien bereits enorme Mengen an Strom verbrauchen, führt der zusätzliche Energiebedarf durch Quantencomputer zu einer weiteren Belastung der Infrastruktur und der Nachhaltigkeitsziele.

Derzeit nur begrenzt in der Praxis anwendbar

Das Quantencomputing ist trotz seines großen Potenzials nach wie vor in der Entwicklungsphase. Aktuelle Systeme sind noch nicht in der Lage, die für Probleme im industriellen Maßstab erforderlichen Algorithmen mit sinnvollen Eingabegrößen auszuführen. Es gibt zwar kleine Quantencomputer, die interessante Ergebnisse liefern, doch der theoretische Stand ist weitaus fortgeschrittener als das, was tatsächlich im Labor erreicht werden kann – eine Lücke, die geschlossen werden muss.

Einige Experten halten den aktuellen Stand der modernen Quantentechnologie lediglich für „etwas hilfreich“, da es ihr an der Leistungsfähigkeit mangelt, mit der die daraus resultierenden Vorteile eine Verbesserung gegenüber dem Bestehenden darstellen würden.

Die Zeitpläne der Branche spiegeln diese Realität wider. Laut einer McKinsey-Umfrage sagen 72 % der Experten voraus, dass bis 2035 ein vollständig fehlertoleranter Quantencomputer verfügbar sein wird, während die restlichen 28 % davon ausgehen, dass dies erst 2040 oder später der Fall sein wird. Jim McGregor, Principal Analyst bei TIRIAS Research, verglich die Entwicklung der Quantentechnologie mit der der KI: „Man könnte sagen, dass sich das Quantencomputing dort befindet, wo die KI im Jahr 2015 stand: faszinierend, aber noch nicht weit verbreitet.“

Wenn Quantencomputing einmal kommerziell nutzbar wird, werden die meisten Unternehmen angesichts der enormen Infrastrukturanforderungen wahrscheinlich über Cloud-Dienste darauf zugreifen, anstatt eigene hardware zu betreiben.

Quantenvorteil vs. kommerzieller Vorteil

Es ist wichtig, zwischen dem Begriff „Quantenvorteil“ (oder „Quantenüberlegenheit“) und den kommerziellen Vorteilen zu unterscheiden, auf die wir uns in diesem Artikel beziehen. Der „Quantenvorteil“ ist der gängige Begriff für jeden Fall, in dem ein Problem nachweislich mit einem bestehenden Quantencomputer gelöst werden kann, während es für einen klassischen Computer nach wie vor unlösbar bleibt. Die bisherigen Beispiele bestehen jedoch aus Problemen, die rein theoretischer Natur sind und keine kommerzielle Anwendung finden. Damit Quantencomputer einen echten Vorteil demonstrieren können, reicht es nicht aus, dass sieirgendeinProblem lösen; sie müssen Probleme lösen, die echte Auswirkungen haben.

Die Gefahr durch Verschlüsselung ist ein zweischneidiges Schwert

Das Potenzial der Quantencomputer, aktuelle Verschlüsselungsstandards zu knacken, gilt als einer ihrer am häufigsten diskutierten Nachteile. Mithilfe des Shor-Algorithmus könnte ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer die RSA-Verschlüsselung, die Diffie-Hellman-Verschlüsselung und die Kryptografie auf elliptischen Kurven knacken und damit die mathematischen Grundlagen untergraben, auf denen digitale Zertifikate, TLS und verschlüsselte Kommunikation beruhen.

Die unmittelbarste Sorge ist nicht, dass ein zukünftiger Quantencomputer Ihre Verschlüsselung in Echtzeit knackt. Es geht vielmehr darum, was gerade jetzt geschieht. Es ist allgemein bekannt, dass Daten bereits jetzt gestohlen werden, um später entschlüsselt zu werden – ganz nach der Strategie„Harvest now, decrypt later“(Jetzt sammeln,später entschlüsseln). Das bedeutet, dass Daten, die langfristig sensibel sind, bereits jetzt gefährdet sind, unabhängig davon, wann Quantencomputer ihre volle kryptografische Leistungsfähigkeit erreichen. Eine vollständige Übersicht darüber, wie Quantencomputer die Verschlüsselung bedrohen und was Ihr Unternehmen dagegen tun kann, finden Sie im Evergreen-Leitfaden unter dem Stichwort „Harvest now, decrypt later“-Angriffe.

Vorteile und Nachteile auf einen Blick

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Vor- und Nachteile zukünftiger Quantencomputer sowie über die Einschränkungen, mit denen sie derzeit noch zu kämpfen haben.

ZukünftigeVorteile	Nachteileund derzeitige Einschränkungen
Löst Probleme, die klassische Computer nicht bewältigen können	Hardware äußerst empfindlich und reagiert sehr sensibel auf Störungen durch die Umgebung.
Bietet einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil für bestimmte Problemkategorien	Die Fehlerkorrektur erfordert viele physikalische Qubits pro logischem Qubit, was die Skalierbarkeit einschränkt
Beschleunigt KI, Wirkstoffforschung, molekulare Modellierung und wissenschaftliche Forschung	Eine Kühlung nahe dem absoluten Nullpunkt ist mit extrem hohen Kosten und einem extrem hohen Energieverbrauch verbunden
Ermöglicht stärkere kryptografische Verfahren und eine verbesserte Erkennung von Bedrohungen	Aktuelle Systeme sind noch nicht in der Lage, Algorithmen im Produktionsmaßstab auszuführen.
Eröffnet neue mathematische und rechnerische Möglichkeiten	Gefährdet bestehende Standards der Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln durch den Shor-Algorithmus

Was die Vor- und Nachteile für Ihr Unternehmen bedeuten

Die Vorteile des Quantencomputings zeigen, dass diese Technologie auf dem Vormarsch ist. Branchen von der Pharmaindustrie über den Finanzsektor bis hin zur nationalen Sicherheit investieren in Quantenkompetenzen, und das Tempo des Fortschritts nimmt zu. Die Einschränkungen machen deutlich, dass Quantencomputer schwer zu bauen sind und noch keine kryptografischen Fähigkeiten besitzen, was uns Zeit verschafft. Dennoch werden die Nachteile, die mit der Realisierung eines groß angelegten Quantencomputers einhergehen, gravierend sein, und es müssen bereits jetzt die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Doch dieses Zeitfenster wird immer kleiner. Einige Experten gehen davon aus, dass Quantencomputer in fünf bis acht Jahren zuverlässiger zur Verfügung stehen werden – mit Systemen, die über immer mehr Qubits verfügen. Und die Gefahr, dass Daten zunächst abgefangen und später entschlüsselt werden, bedeutet, dass das Warten auf eine Aktualisierung Ihrer Verschlüsselung an sich schon ein Risiko darstellt.

Die Schlussfolgerung für Sicherheits- und IT-Verantwortliche ist klar: Beginnen Sie schon jetzt mit den Vorbereitungen.

Diese Vorbereitung beginnt damit, dass Sie sich einen Überblick über Ihre aktuelle kryptografische Situation verschaffen, ermitteln, was geschützt werden muss, und die Flexibilität aufbauen, zu gegebener Zeit auf quantenresistente Algorithmen umzustellen. Eine detaillierte Anleitung zur Vorbereitung Ihres Unternehmens finden Sie in den Schritten zur Vorbereitung auf das Quantenzeitalter im Evergreen-Leitfaden.

Wie Keyfactor helfen Keyfactor

Um sich auf das Quantencomputing vorzubereiten, muss man nicht abwarten, bis die Technologie ausgereift ist. Die Schritte, die Ihr Unternehmen quantenfähig machen, sind dieselben, die bereits heute Ihre kryptografische Sicherheit stärken.

Cryptographic discovery and inventory.
The first step is knowing what you have. Keyfactor’s platform connects to appliances and applications across your infrastructure to discover certificates and keys that might otherwise go untracked, including those embedded in IoT devices and open-source code.

Certificate lifecycle management.
Discovery is not a one-time exercise. Keyfactor’s platform includes a certificate lifecycle manager that detects them, finds them, brings them all in, and is able to manage them on an ongoing basis. This continuous visibility is essential for maintaining cryptographic hygiene and ensuring you can act quickly when migration becomes necessary.

Hands-on PQC experimentation.
Keyfactor’s PQC Lab provides a sandbox environment where your team can explore post-quantum cryptographic algorithms, test compatibility, and build confidence before production migration. The company also offers an open-source cryptography stack that allows organizations to implement post-quantum standards in their own custom software development.

Wenn Sie jetzt Krypto-Agilität aufbauen, sind Sie in der Lage, Algorithmen effizient auszutauschen, sobald die Quantencomputer die Schwelle erreichen, ab der Maßnahmen erforderlich werden. Eine detaillierte Produktübersicht finden Sie im Evergreen-Leitfaden, in dem erläutert wird, wie Keyfactor die Vorbereitung auf Quantensicherheit Keyfactor .

Haben Sie Fragen zum Thema Quantencomputing? Wir haben die Antworten.

What are the main advantages of quantum computing over classical computing?
Quantum computers can solve certain categories of problems that classical computers cannot handle efficiently, including molecular simulation, complex optimization, and cryptographic factoring. They achieve this through superposition, which allows qubits to represent multiple states simultaneously, and through algorithms that use interference to amplify correct answers and suppress incorrect ones. For problems in these categories, quantum computing offers exponential speedups over classical approaches.

What are the biggest limitations of quantum computing right now?
The most significant limitation are hardware fragility (qubits lose their quantum state through decoherence), the overhead of error correction (requiring many physical qubits per logical qubit), extreme infrastructure costs (near-absolute-zero cooling for superconducting architectures), and limited current applicability (today’s systems cannot yet run production-scale algorithms). These challenges are actively being addressed, but they constrain what quantum computers can accomplish today.

Is quantum computing faster than classical computing?
Not always. Classical computers generally operate faster than quantum computers for routine tasks. Quantum’s advantage applies to specific categories of problems involving large combinatorial search spaces, optimization, and certain mathematical operations. For these problems, quantum computers can reduce the number of steps required from computationally impractical to feasible, which is what researchers call “quantum economic advantage.”

What is the advantage of superposition in quantum computing?
Superposition allows a qubit to exist in a combination of zero and one simultaneously, rather than being locked into a single state. This enables quantum algorithms to evaluate many possible inputs within a single computational operation. Combined with interference, superposition allows quantum computers to amplify the probability of correct answers while canceling out wrong ones. This is fundamentally different from classical parallel processing.

How does quantum computing threaten cybersecurity?
Quantum computers running Shor’s algorithm could break the mathematical problems underlying RSA and elliptic curve cryptography, making digital certificates, TLS connections, and encrypted communications vulnerable. The threat is compounded by “harvest now, decrypt later” attacks, where adversaries capture encrypted data today for future decryption once quantum computers are capable. Learn more about the quantum threat to cryptography.

Can quantum computing also improve cybersecurity?
Yes. While quantum computing threatens current cryptography, it can also enable stronger cryptographic techniques and enhance threat detection systems. NIST has published post-quantum cryptography (PQC) standards that establish new algorithms designed to work on classical computers and resist both classical and quantum attacks. As the technology matures, quantum capabilities may enable entirely new approaches to secure communications and anomaly detection.

When will quantum computers become powerful enough to break encryption?
Expert estimates vary. A McKinsey survey found that 72% of experts predict a fully fault-tolerant quantum computer by 2035, while the remaining 28% expect that milestone by 2040 or later. However, the more pressing consideration is that data with long-term sensitivity is already at risk from harvest-now-decrypt-later attacks, regardless of when full cryptographic capability arrives.

What should organizations do to prepare for quantum computing?
Start with a comprehensive cryptographic asset inventory to understand what certificates, keys, and algorithms are deployed across your infrastructure. Build continuous visibility through certificate lifecycle management. Develop a prioritized post-quantum cryptography migration roadmap. And build cryptographic agility into your architecture so you can swap algorithms efficiently when the time comes. The best time to start is now.