Folge 10 – Quantencomputing

David Kreplin ist seit 2025 Professor für „Angewandtes Quantencomputing und mathematische Modellierung“ an der Fakultät Informatik der Hochschule Heilbronn.

Er lehrt und forscht schwerpunktmäßig im Bereich des angewandten Quantencomputings. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie Quantencomputer künftig genutzt werden können, um besonders komplexe Probleme zu lösen, bei denen klassische Computer an ihre Grenzen stoßen. Dazu gehören zum Beispiel Simulationen neuer Materialien, Optimierungsprobleme in Industrie, Logistik und Gesundheitswesen, Anwendungen im maschinellen Lernen sowie Fragen der IT-Sicherheit, da leistungsfähige Quantencomputer perspektivisch viele der heute meistgenutzten Verschlüsselungsverfahren angreifen könnten.

Quantencomputing gilt als eine der vielversprechenden Zukunftstechnologien, weil es nicht einfach nur schnelleres Rechnen ermöglicht, sondern einen grundlegend anderen Ansatz der Informationsverarbeitung nutzt. Während klassische Computer mit Bits arbeiten, die entweder den Zustand 0 oder 1 haben, verwenden Quantencomputer sogenannte Qubits. Diese können sich in einer Überlagerung verschiedener Zustände befinden und werden mithilfe quantenmechanischer Effekte verarbeitet. Dadurch entstehen für bestimmte Aufgaben neue Rechenwege, die mit klassischen Computern nur sehr schwer oder gar nicht effizient zugänglich sind.

Ein konkretes Beispiel ist die Simulation komplexer Materialien. Hochtemperatursupraleiter könnten eines Tages Strom nahezu verlustfrei transportieren und damit einen wichtigen Beitrag zu einer effizienteren Energieversorgung leisten. Ihre Eigenschaften sind jedoch extrem schwer zu berechnen, weil sehr viele Teilchen gleichzeitig miteinander wechselwirken. Quantencomputer könnten solche quantenmechanischen Systeme langfristig besser abbilden als klassische Rechner und dadurch helfen, neue Materialien gezielter zu erforschen. Ähnliche Potenziale gibt es bei der Untersuchung komplexer chemischer Prozesse, bei der Optimierung komplexer Arbeitsabläufe oder bei der Vorbereitung auf neue Anforderungen an sichere digitale Kommunikation.

An der Hochschule Heilbronn können Studierende der Informatikfakultät Quantencomputing in Wahlfächern kennenlernen und vertiefen. So lernen sie Quantencomputing als wichtige Zukunftstechnologie kennen, von den theoretischen Grundlagen bis hin zu ersten praktischen Anwendungen. Sie beschäftigen sich mit Qubits, Überlagerung, Messung, Quantenalgorithmen, aktuellen Hardwareansätzen sowie den Chancen und Grenzen der Technologie. In praktischen Programmierübungen setzen sie erste Quantenalgorithmen um und testen diese auf Simulatoren oder realer Quantenhardware.

Für die Hochschule Heilbronn ist das Thema auch deshalb besonders relevant, weil es sehr gut zum anwendungsorientierten Profil der Hochschule und zur engen Verbindung von Informatik, Technik, Wirtschaft und regionaler Industrie passt. Als Mitglied der Landesinitiative QuantumBW ist die HHN Teil eines Netzwerks, das Forschungs- und Bildungseinrichtungen, Unternehmen und Politik zusammenbringt, um Baden-Württemberg als Standort für Quantentechnologien weiterzuentwickeln. Mit der geplanten Inbetriebnahme eines eigenen IQM Spark Quantencomputers am TechCampus wird Quantencomputing an der Hochschule zudem unmittelbar erfahrbar: Studierende, Lehrende und Projektpartner*innen erhalten Zugang zu realer Quantenhardware und können die Technologie nicht nur theoretisch behandeln, sondern praktisch erproben, verstehen und für anwendungsnahe Fragestellungen weiterentwickeln.

So erwerben Studierende Kompetenzen, die für die digitale Wirtschaft von morgen zunehmend relevant werden. Sie lernen, neue technologische Entwicklungen frühzeitig zu verstehen, realistische Anwendungsmöglichkeiten zu erkennen und die Grenzen der Technologie kritisch einzuordnen. Damit können sie später dazu beitragen, Quantencomputing in konkreten Anwendungen nutzbar zu machen, etwa bei der Simulation von Materialien und Molekülen, bei der Optimierung komplexer Prozesse, bei der Analyse großer Datenmengen oder bei der Nutzung neuer Sicherheitskonzepte für digitale Kommunikation.