Quantencomputer gehören zu den kältesten Orten im bekannten Universum – nicht aus technischer Bequemlichkeit, sondern aus physikalischer Notwendigkeit. Warum supraleitende Qubits Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt benötigen und was das für den praktischen Einsatz der Technologie bedeutet.
Quantencomputer benötigen extremere Kälte als der Weltraum – die physikalischen Gründe
Die meisten kommerziellen Quantencomputer müssen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden – kälter als das Innere des Universums im Durchschnitt ist. Dieser technische Aufwand ist kein konstruktiver Umweg, sondern eine physikalische Notwendigkeit, die den Einsatz der Technologie bis heute erheblich einschränkt.
Quantenzustände und thermisches Rauschen
Das Kernproblem liegt in der Natur von Qubits, den grundlegenden Recheneinheiten eines Quantencomputers. Anders als klassische Bits, die entweder den Zustand 0 oder 1 annehmen, können Qubits dank Superposition beide Zustände gleichzeitig repräsentieren. Dieser Zustand ist jedoch äußerst fragil: Bereits minimale thermische Energie – also Wärme – reicht aus, um Qubits zu destabilisieren und ihre Quanteneigenschaften zu zerstören.
Dieses Phänomen wird als Dekohärenz bezeichnet – und es ist der zentrale Feind jedes funktionierenden Quantencomputers.
Die meisten führenden Quantensysteme, darunter die Maschinen von IBM und Google, verwenden supraleitende Qubits. Diese funktionieren nur bei Temperaturen um die 15 Millikelvin – das entspricht etwa 0,015 Grad über dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius.
Zum Vergleich: Die kosmische Hintergrundstrahlung des Weltalls liegt bei etwa 2,7 Kelvin – also rund 180-mal wärmer als das Innere eines modernen Quantencomputers.
Kühlaggregate als zentrales Infrastrukturproblem
Um diese Extremtemperaturen zu erreichen, kommen sogenannte Dilutionskühler zum Einsatz – hochspezialisierte Geräte, die ein Helium-Isotopengemisch nutzen und die Umgebung eines Chips schrittweise auf nahezu absoluten Nullpunkt absenken. Diese Kühlanlagen sind groß, teuer und energieintensiv.
Ein einzelnes Kühlsystem kann mehrere Hunderttausend bis über eine Million US-Dollar kosten – hinzu kommen erhebliche laufende Betriebskosten.
Dieser Infrastrukturaufwand ist einer der Hauptgründe, warum Quantencomputer derzeit primär über Cloud-Zugänge genutzt werden – bei Anbietern wie IBM Quantum, Amazon Braket oder Microsoft Azure Quantum – anstatt lokal in Unternehmen betrieben zu werden.
Alternativer Ansatz: Raumtemperatur-Qubits
Nicht alle Quantenansätze sind auf extreme Kühlung angewiesen:
- Photonenbasierte Quantencomputer arbeiten bei Raumtemperatur, da Lichtteilchen weniger anfällig für thermisches Rauschen sind.
- Ionenfallen-Quantencomputer benötigen keine Millikelvin-Umgebungen, bringen aber andere technische Herausforderungen mit sich.
- Unternehmen wie PsiQuantum und Xanadu verfolgen entsprechende Architekturen, die als potenziell skalierbarer gelten.
Diese Ansätze haben bislang jedoch noch keine vergleichbare Rechenleistung wie die führenden supraleitenden Systeme erreicht.
Topologische Qubits als langfristige Option
Microsoft setzt mit seinem Azure Quantum-Programm auf topologische Qubits, die stabiler gegenüber äußeren Störungen sein sollen und theoretisch mit weniger extremer Kühlung auskommen könnten. Das Unternehmen vermeldete Anfang 2025 erste Fortschritte bei der Realisierung topologischer Zustände.
Ein potenzieller Durchbruch – der in der Fachwelt jedoch noch kritisch diskutiert wird.
Einordnung für Unternehmen
Für deutsche Organisationen, die Quantencomputing strategisch beobachten, verdeutlicht die Kühlproblematik eines klar:
Ein On-Premises-Betrieb eigener Quantensysteme bleibt auf absehbare Zeit für die große Mehrheit der Unternehmen unwirtschaftlich. Der realistische Einstiegspfad führt über Cloud-Plattformen etablierter Anbieter.
Wer heute Kompetenz aufbauen will, sollte gezielt in Algorithmen-Know-how und hybride klassisch-quantenbasierte Anwendungen investieren – unabhängig davon, welche Hardware-Architektur sich langfristig durchsetzt.
Quelle: CNET – Why Most Quantum Computers Need to Be Colder Than Space
