Kann Bitcoin geknackt werden? Quanten-Experte warnt

Hyperintelligente KIs mit einer neuen Bewusstseinsform, kaum mehr von der Realität zu unterscheidende VR-Simulationen, auf den Tropfen genaue Wettervorhersagen oder die perfekt programmierte Dating-App: In der Quantenwelt scheint möglich, wovon sich in der Science Fiction nur träumen lässt – mit all ihren Dystopien. Sorgen, dass uns der technische Fortschritt aus den Händen gleiten könnte, hält Quantenphysiker Markus Pflitsch zwar für übertrieben. Die Bedrohungen, die durch Quantencomputer entstehen, sollten jedoch nicht auf die leichte Schulter genommen werden, warnt der CEO des Quanten-Tech-Unternehmens Terra Quantum im Gespräch mit BTC-ECHO. Warum das insbesondere auf Kryptowährungen zutrifft, wie sich Unternehmen Quanten-fit machen, und wie viel Zeit noch bis zum Q-Day bleibt. "Die perfekte Überlagerung aller möglichen Zustände" BTC-ECHO: Immer wieder werden die besten Supercomputer von heute in Tests von Quantencomputern mühelos in den Schatten gestellt. Woher kommt diese enorme Rechenleistung? Markus Pflitsch: Das liegt an den quantenphysikalischen Phänomenen, die wir bei Quantencomputern nutzen. Die wesentlichen sind Superposition und Entanglement – ausgehend davon, dass man jedes Objekt entweder in einem Teilchen- oder im Wellenbild beschreiben kann. Man hat festgestellt, dass Licht irgendwie quantisiert ist, aus Quanten besteht, und umgekehrt hat man festgestellt, dass Materie wellenartig ist. Im Quantencomputing nutzen wir die Wellenartigkeit eines Objektes aus. In dem Computer schaffen wir es sozusagen, dass die Superposition gilt. Es ist die perfekte Überlagerung aller möglichen Zustände. Das ist das Bild dieser berühmten Schrödinger Katze, die tot und lebendig zugleich ist. Das übertragen wir auf den Qubit, der ist also 0 und 1 zugleich ist. Die Qubits, die man dann sozusagen nebeneinander packt, sind untereinander auch noch verschränkt oder entangled, miteinander verkoppelt, instantan. Aus dieser Kombination – Superposition und Verschränkung – ergibt sich eben diese exponentielle Leistungszunahme. Neue Durchbrüchen in der Quantentechnologie sorgen häufig für Schlagzeilen, noch lässt der finale Wurf aber auf sich warten. Wo liegen noch die Herausforderungen? Auf der Hardware-Seite werden unterschiedliche Technologieansätze verfolgt. Eine der vorherrschenden basiert auf Supraleitung. Man benötigt dabei extrem niedrige Temperaturen zur Kühlung, im Zweifel minus 273 Grad Celsius. Das macht das Ganze mechanisch ein bisschen schwierig skalierbar. Man kann so eine Apparatur bauen, wo 1, 10, 100, 400, 1.000 Qubits drin sind, die alle auf Supraleitungsniveau heruntergekühlt sind. Und sodass eben dieses Wellenphänomen da ist und der Computer rechnen kann in seiner Kohärenzzeit. "Der Zug hat den Bahnhof verlassen" Sollte da aber ein mechanischer Wärmeanbruch oder so kommen, dann bricht diese Kohärenz zusammen, dieses Wellenbild – und der Quantencomputer rechnet nicht mehr. Insofern lautet eben gerade die Gretchenfrage im Quantencomputing: Wie schafft man das zu skalieren? Dass das funktioniert, ist klar. Der Zug hat den Bahnhof verlassen. Die Quantenchips werden immer besser. Aber wie schnell reiten wir diese Exponentialkurve jetzt nach oben? Da geht es darum, wie man solche Technologien auf perspektivisch Millionen Qubits hochskaliert, und nicht nur ein paar Hundert Qubits. An dem Punkt befinden wir uns gerade. In den Anfängen haben Computer noch Räume gefüllt – heute tragen fast alle einen in der Tasche. Nicht nur sind Smartphones deutlich kleiner, auch leistungsfähiger als ihre wuchtigen Wegbereiter. Sehen wir bei Quantencomputern eine ähnliche Entwicklung? Ja, das ist genau das, wo wir hingehen. Auch wenn du dir diesen großen Kühlschrank anschaust: der Chip im Kühlschrank ist nur so groß wie ein Daumennagel. Genau das ist die Idee, wenn wir sagen, wir möchten diese Chips bei höheren Temperaturen betreiben und Qubits entwickeln, die Hochtemperatursupraleitung, also Raumtemperatursupraleitung, implementieren. Dann kann ich mir den ganzen Kühlschrank drumherum auch sparen. Was bleibt, ist nur der Chip, und den kann ich mobil machen. Das ist das Ziel. Es geht sogar noch weiter: Dass wir einen Chip bauen, wo Quanten und klassische Information auf einem integrierten Schaltkreis verarbeitet werden. Das heißt, die Geräte werden schon mobil werden. Bevor Sie in die Wirtschaft wechselten, haben Sie als Quantenforscher unter anderem in Genf am CERN gearbeitet. Vor einigen Jahren haben Sie dann das Quanten-Tech-Unternehmen Terra Quantum gegründet. Was sind aktuell Forschungsschwerpunkte? Terra Quantum ist mittlerweile eines der größten Quantentech-Unternehmen mit weltweit über 250 Mitarbeitern, nahezu 200 Quantenphysikern. Wir machen vieles: Quantenhardware, Quantenalgorithmen. Im Kern fokussieren wir uns auf den Application Layer, auf die Use Cases und die Anwendungen, also auf den Software Layer. Sobald das Hardware-Thema gelöst ist, wechselt die Wertschaffung insbesondere auf die Anwendungen: Software, die ganz konkret mein Portfolio optimiert, mein chemisches Verfahren simuliert und ähnliches. Da siedeln wir uns an. Terra Quantum richtet sich ganz konkret an Unternehmen und Einrichtungen, die sich sozusagen Quanten-fit machen können. Wie ist das Konzept von Quantum as a Service zu verstehen? Analog zu Software as a Service meint unser Ansatz von Quantum as a Service, die Einstiegshürden für unsere Zielkunden so niedrig zu legen, dass wir ihnen End-to-End-Lösungen bieten, um aus der klassischen AI und IT in die Quanten-IT zu migrieren. Wir haben drei Business Units. Einmal Algorithms, die Software-Seite. Da entwickeln wir Quantum-AI-Algorithmen und Quanten-Algorithmen für einen Quantencomputer. "Wir simulieren die noch fehlende Mächtigkeit der Quantenchips" Das zweite ist Quantum-Hardware. Selektiv kümmern wir uns um Hardware, insbesondere eben solche, die supraleitende Qubits wirklich skalierbar macht. Dort sind wir Experte in einem Gebiet, das sich Hochtemperatur-Supraleitung nennt. Wo man eben genau nicht mehr strikt diese minus 273 Grad haben muss, sondern ein bisschen höhere Temperaturen haben kann. Die dritte Säule ist Quantum Security. Da kümmern wir uns eben genau um Quanten-Kryptographie, um quantengesicherte Verschlüsselung und Kommunikationsprotokolle, die eben die klassischen symmetrischen und asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren ersetzen. Das sind ganz grob diese drei Säulen. Eine Verständnisfrage: Wie lassen sich Algorithmen für einen Computer entwickeln, der noch gar nicht final entwickelt ist? Es stimmt: Die zugrundeliegenden Quantenchips, auf die wir unsere Quantensoftware laufen lassen, sind heute noch nicht so mächtig, weil die noch in der Entwicklung sind. Wir haben also etwas etabliert, was sich hybrides Quantencomputing nennt. Das heißt, wir simulieren die noch fehlende Mächtigkeit der Quantenchips, indem wir auf einem klassischen Hochleistungsrechner so einen Quantencomputer simulieren in seinem Verhalten. Wir haben einen eigenen Simulator mit 42 logischen simulierten Qubits. Das schafft die Hardware-Unterlage dafür, unsere Quantensoftware heute schon darauf laufen zu lassen. Bei Quantencomputern geht gerne die Fantasie mit einem durch. Vieles von dem dürfte auch zunächst Fantasie bleiben. Was sind denn ganz konkret Bereiche, die schon heute von der Technologie profitieren? Im Kern sind es Optimierung, Simulation und Machine-Learning-Themen, wo wir heute schon sehen, dass verschiedene Industrien sehr stark von diesem hybriden Ansatz profitieren können. Das umfasst etwa Banking, Financial Services über Portfolio-Optimierung, Monte-Carlo-Simulation, Risiko-Simulation. Im Bereich Machine Learning gibt es sehr viele Anwendungen, die wir auch heute selbst im Pharmabereich schon machen. Aber auch bei der Optimierung von Routen, also Mobilitätsleistungen, wo wir verbesserte Routenplanung in verschiedenster Hinsicht anbieten können, in der Logistik, in der Distribution, aber auch für Satellitensteuerung. "AI on steroids" Das sind Potenziale, wo wir in dieser ersten Säule – Quantum AI – tatsächlich schon Werte, eben bessere Performance in diesen Big-Data-Analytic-Cases durchsetzen. Und die dritte Säule, Quantum Security, ist sicherlich das, was auch sehr zentral eben für Bitcoin oder Kryptowährungen und Blockchains werden wird, weil eben diese Sicherungsmechanismen auf Quantenniveau notwendig werden, wenn diese Hardware weiter greift. Bevor wir auf Kryptowährungen zu sprechen kommen, ein kurzer Schwenk auf das seit Monaten bestimmende Thema der Tech-Welt: Künstliche Intelligenz. Wie nimmt ein Quantenphysiker die Entwicklung wahr? Wird es so etwas wie eine quantenbasierte Künstliche Intelligenz geben? Über die hybriden Technologien verschmelzen AI und Quantum-Tech bereits. Wir haben auch eine Partnerschaft mit NVIDIA. Wir nutzen deren GPUs, deren klassische AI-Chips, um eben diese Hardware zu simulieren und Software darauf laufen zu lassen. Die Dinge hybridisieren sich weiter. Aber es gibt einen ganz fundamentalen Unterschied, wo wir, glaube ich, eben wirklich sagen können QAI, also AI auf dem Quantencomputer, ist, wie ich immer sage, AI on steroids – weil es prinzipiell anders ist. Gucken wir auf die klassischen Anwendungen im Bereich generativer KI. Wir sehen eigentlich, dass diese Technologien an ihre Grenzen kommen. Um die nächste Iteration der Large Language Modelle abbilden zu können, benötigt man eigentlich irgendwann eine exponentielle Technologie. Insbesondere, wenn man von menschlicher Sprache vielleicht Richtung molecular docking, also zur Medikamentensimulation migriert. Es gibt exponentiell mehr mögliche Molekülfragmente, die man zusammenstecken kann, als es Wörter in der menschlichen Sprache gibt. Das heißt, hier ist man in exponentiellen Anwendungen und braucht auch eine exponentielle Beschleunigung der Technologie. Deshalb braucht eigentlich die fortschreitende AI-Applikation solche Quantensprünge. In dem Zusammenhang gibt es auch Vorbehalte, die sagen, man nehme einen Kontrollverlust zu leichtfertig in Kauf, wenn diese beiden Technologien erst einmal verschmelzen... Ich persönlich halte das für stark übertrieben, wenn wir über klassische AI reden. Weil klassische AI, diese LLMs, sind im Kern natürlich überhaupt nicht intelligent, sie sind komplett regelbasiert und deterministisch. Aus A folgt B aus einem großen historischen Datenvolumen. So eine Applikation mag schneller und besser als das menschliche Gehirn sein, hat aber meines Erachtens mit Intelligenz und Kreativität nichts zu tun, denn unser Gehirn entscheidet ja nicht nur auf Basis seines empirischen Wissens. "Sehr viel näher am menschlichen Gehirn" Um es mal ketzerisch zu sagen: Ein Large Language Model schafft niemals etwas Neues –niemals. Auch wenn ich es noch stärker, komplexer und größer mache. Solange ich im klassischen AI-Raum bleibe, bedeutet steigende Komplexität nicht auf einmal einen Sprung zu Intelligenz oder Kreativität. Die ganze Debatte um diese klassische AI sollte daher meines Erachtens verlagert werden auf das Thema QAI. Das könnte im Kern etwas bringen, was sehr viel näher am menschlichen Gehirn operiert. Und das werden wir sehen. Inwiefern kommen Quantencomputer menschlichem Denken näher? Die Eigenschaften der Quantenphysik lauten im Kern: Nicht kausal, nicht deterministisch, nicht lokal. Im Klartext bedeutet das, dass ein Quantencomputer ein Ergebnis auswerfen wird, von dem ich nicht mehr genau deterministisch erklären kann, wie er es berechnet hat. Das ist der Gamechanger. Da kommt etwas hinzu, das ich nicht genau vorhersagen kann: die Quantenzufälligkeit. Das wird auch insofern spannend, als wir uns immer mehr auf solche Quantenapplikationen verlassen werden. Das fängt dann harmlos mit so einem Quantennavigationssystem an. Aber irgendwann verlassen wir uns auf komplexere Sachen, wo das Ergebnis für uns nicht mehr nachvollziehbar ist. Das ist vielleicht die philosophisch spannende Debatte, die man hier sehen wird. Das klingt dann aber doch ein wenig beunruhigend. Wächst uns die Technologie doch über den Kopf? In der Künstlichen Intelligenz machen sich viele Leute immer Sorgen über das Kontrollproblem und es gibt auch viele spannende Experimente. Aber ein Punkt, der sehr oft vergessen wird, ist die Verfügbarkeit von Hardware. Selbst wenn ich ein System habe, das, sagen wir mal, weil es so intelligent ist, in der Lage ist, seinen eigenen Code zu manipulieren, zu verändern, dann ist das noch immer begrenzt durch die Hardware-Ressourcen, die zur Verfügung stehen. Angenommen ein System, das zum Teil auf einem Quantenchip basiert und Intelligenz entwickelt, vielleicht sogar eine Form von Bewusstsein, vielleicht eine andere als von einem Menschen, dann ist es nicht so, dass dann plötzlich die Welt übernommen werden kann. Es sind ja überhaupt nicht so viele Quantenchips auf einmal verfügbar, die müssten erst gebaut werden. Also das ist schon mal eine Grenze bei der Hardware. Sehr viel weniger abstrakt scheint die Bedrohung durch Quantencomputer für Verschlüsselungen. Wie sicher sind die überhaupt noch? Quantencomputer können generell bestimmte mathematische Probleme effizienter lösen als klassische Computer, sei es ein Laptop, ein riesiges Rechenzentrum oder ein Supercomputer. Das liegt an den Effekten, dass wir zum Beispiel auf jeder Konfiguration des Systems, auf jeden möglichen Input zu einer Gleichung, zu einem Verschlüsselungsverfahren einen Algorithmus anwenden können. Das ist nicht so wie eine Parallelverarbeitung in klassischen Systemen. "Umsteigen auf Technologien, die quantensicher sind" Bei Verschlüsselungsverfahren ist es so, dass wir uns darauf verlassen, dass es so viele mögliche Konfigurationen gibt, dass ein herkömmlicher Computer, egal wie sehr ich parallelisiere, das nicht in endlicher Zeit lösen kann. Und genau das ist das Problem bei Quantencomputern, weil ich eben auf all diesen Konfigurationen zu einer Zeit operieren kann. Jeder Input zu einem Verschlüsselungsalgorithmus existiert zu einer Zeit und im schlimmsten Fall kann ich den rückwärts laufen lassen und dann zum Beispiel von einem Hashwert oder von einem verschlüsselten Wert den Originaldatensatz wieder herstellen. Über welche Verschlüsselungsverfahren sprechen wir hier? Manche, wie zum Beispiel RSA, verlassen sich auf dieses Versprechen aus der Mathematik, dass eine große Zahl nicht einfach in ihre Primfaktoren zerlegt werden kann. Es stellt sich aber heraus: Quantencomputer können das recht einfach machen. Das heißt, alle Algorithmen, die sich darauf verlassen, dass ich dieses Problem nicht lösen kann, bei denen haben wir ein Problem mit Quantencomputern. Elliptic Curve Cryptography ist auch ein Problem. Das ist ja auch eine Säule der klassischen Algorithmen, wo man sich darauf verlässt, dass Quantencomputer nicht stark genug sind, eine Entschlüsselung zu machen. Aber auch hier zeigt sich: Es gibt durchaus Algorithmen. ...und wie sieht es im Speziellen bei Blockchain-Protokollen aus? Also für Bitcoin speziell interessant ist ja SHA256 und AES, auf denen die Blockchain zugrunde liegt. AES verlässt sich auf ein vierstufiges Verfahren, das ich aber teilweise so zerlegen kann, dass ich es effizient im Gleichungssystem, das auf einem Quantencomputer berechnet werden kann, übersetzen kann. Das heißt: AES ist gefährdet. Grundsätzlich können wir uns auf alle diese Algorithmen, die wir heute verwenden, unabhängig davon, ob wir heute denken, dass sie sicher sind oder ob wir heute einen Angriffsvektor durch einen Quantencomputer kennen oder nicht, nicht verlassen. Wir müssen schauen, dass wir umsteigen auf Technologien, die quantensicher sind. Wie könnte das gelingen? Der erste Schritt ist sicherlich, die Algorithmik komplexer zu machen, sodass man mit der steigenden Mächtigkeit der Quantencomputer Schritt halten kann. Das ist sogenannte PQC: Post Quantum Cryptography. Und da hat auch die zuständige amerikanische Regulierungsbehörde, das National Institute for Standards and Technology (NIST) vor einigen Monaten ihre Standards bekannt gegeben, die jetzt eigentlich der Maßstab sind, zu denen sich insbesondere Unternehmen, die an kritischen Infrastrukturen operieren, hinbewegen müssen. Terra Quantum ist eine der wenigen Firmen weltweit, die eben eine PQC-Library hat, die auch komplett NIST-validiert ist. "Wir könnten heute quantensicher sein" Im Sinne der langfristigen Betrachtung gibt es dann noch den QKD-Ansatz: Quantum Key Distribution, wo man wirklich Quantenphänomene ausnutzt. Das ist eigentlich das Endgame in der Cyber Security. Etwas, was wirklich Quanten-verschlüsselt ist, nicht mehr hackbar, solange sich die Gesetze der Physik nicht ändern. Das ist die gute Flipside dieser "Quantenbedrohungsmedaille", auf der Rückseite hat man eigentlich die Lösung stehen. Wie viel Zeit bleibt denn noch? Man muss jetzt beginnen. Und es gibt Lösungen, die man schon nutzen kann, wie zum Beispiel die PostQuantum Cryptography Library. Wir haben ja über diese Library auch eine Möglichkeit, Quantum Key Distribution zu machen, also wirklich auch Quantentechnologie mit reinzubringen und hier Sicherheitsschlüssel zur Kommunikation auszutauschen, die dann verwendet werden können, um hundertprozentig sichere Kommunikation zu machen. Je nach Schätzung, könnten Quantencomputer in zehn Jahren komplett einsatzfähig sein. Wie lautet Ihre Prognose? Wann kommt der Q-Day? Die Frage nach dem "wann" macht mich immer ein wenig nervös. Erstens: Es dauert eine Zeit, bis so eine Infrastruktur ausgerollt ist. Es sind ja nicht nur Bitcoin bzw. Kryptowährungen: Es ist die gesamte globale Kommunikationstechnologie, das gesamte Internet, das wir quantensicher machen müssen. Auch wenn das rein softwareseitig startet und dann mit Hardware augmentiert wird, dauert das einige Zeit. Und das Zweite ist: Wir wissen gar nicht genau, wie weit manche Nationen, manche Forschungseinrichtungen bereits sind. Wenn ich zum Beispiel nach China sehe, sehen wir sehr spannende Publikationen. Dann heißt es oft: Es wurde eine Säule der klassischen Algorithmik geknackt. Erst vor einigen Monaten ist wieder ein Paper rausgekommen, das kurz mal die Kryptografiewelt in Aufruhr versetzt hat. Dann hat sich herausgestellt, da ist ein kleiner Fehler drinnen und dann ist es verstummt. Wenn ich solche Publikationen sehe, wo man weiß, da gehen Monate, wenn nicht Jahre an Forschung rein, und plötzlich hört man nichts mehr davon, dann macht das einen immer nervös. Nicht nur mich, uns alle. Deswegen ist die Frage gar nicht mehr, wann wir denn starten sollten, sondern eher, warum noch nicht angefangen wurde. Die Technologie ist da, wir können es heute machen, wir könnten heute quantensicher sein. Herr Pflitsch, vielen Dank für das Gespräch. Dieser Artikel erschien erstmals am 28. Januar 2025 und wurde vor der erneuten Veröffentlichung überprüft und gegebenenfalls angepasst.

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