Quantentechnologien: Neue Möglichkeiten für Innovation und Wertschöpfung

Was sollten Unternehmen heute tun?

Auch wenn viele Quantentechnologien noch in der Entwicklung sind, sollten Unternehmen

• die relevanten Entwicklungen bereits heute beobachten und
• erste Kompetenzen im Unternehmen aufbauen.
• Besonders sinnvoll sind der Austausch mit Forschungs- und Unternehmensnetzwerken sowie die Prüfung möglicher Anwendungsfelder für das eigene Geschäftsmodell.
• Zudem sollten Unternehmen die Auswirkungen von Quantencomputern auf die IT-Sicherheit frühzeitig bewerten und sich mit Post-Quanten-Kryptografie auseinandersetzen.

Die „zweite Quantenrevolution“

Quantentechnologie ist bereits heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken: In Lasern, Kernspintomographen, der Halbleitertechnik oder der Mikroelektronik kommt Quantenphysik zum Einsatz – allerdings ohne, dass dabei einzelne Quantenzustände direkt manipuliert werden („erste Quantenrevolution“).

Die Idee der aktuellen „zweiten Quantenrevolution“ besteht darin, einzelne Quantenzustände gezielt zu kontrollieren und zu nutzen. Dadurch sollen Quantencomputer, Quantenkommunikation und Quantensensoren ermöglicht werden.

Ermöglicht wird das durch Basistechnologien wie Quantenoptik, Photonik, Spezialmaterialien und Quanten-Bauelemente.

Diese Weiterentwicklung der Quantentechnologie befindet sich in vielen Bereichen noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, und viele ihrer zukünftigen Auswirkungen sind heute noch nicht genau absehbar. Dennoch gilt die Technologie als potenzieller Game-Changer für Unternehmen, da sie die Lösung komplexer Problemstellungen – etwa in der Optimierung, Materialforschung, Finanzmodellierung oder Künstlichen Intelligenz, grundlegend verändern könnte.

Aktuell ist zu beobachten, dass die Investitionen in Quantentechnologie deutlich angestiegen sind und Innovationen immer näher an den praktischen Einsatz heranrücken. Die EU-Kommission rechnet bis 2040 mit einem globalen Markt von über 155 Milliarden Euro und tausenden neuen hochqualifizierten Arbeitsplätzen in ganz Europa.

Auch das Deutsche Patent- und Markenamt greift das Thema ausdrücklich auf: Laut DPMA-Jahresbericht 2025 haben sich seit 2016 "die Anmeldezahlen im Bereich der Quantentechnologie äußerst dynamisch entwickelt und fast versiebenfacht."

Quantentechnologien der zweiten Quantenrevolution:

• Quantencomputer
• Quantenkommunikation
• Quantensensoren

Quantencomputer: Revolutionäre Rechenleistung

Im Unterschied zu klassischen Computern, die Informationen in Form von Bits (0 oder 1) verarbeiten, nutzen Quantencomputer sogenannte Qubits. Diese können – basierend auf den Prinzipien der Quantenmechanik – mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen (Superposition) und miteinander verschränkt sein (Verschränkung).

Das bedeutet: Während ein klassischer Computer alle möglichen Lösungen eines Problems Schritt für Schritt durchrechnen muss, kann ein Quantencomputer bestimmte Rechenoperationen auf vielen möglichen Zuständen gleichzeitig ausführen. Diese Eigenschaft macht ihn insbesondere bei ausgewählten komplexen Aufgaben potenziell leistungsfähig.

Ein vereinfachtes Beispiel: Ein klassischer Computer sucht in einer riesigen Datenbank nach einem bestimmten Eintrag, indem er einen nach dem anderen überprüft. Ein Quantencomputer könnte, vereinfacht gesagt, die Suche deutlich beschleunigen und das Ziel mit deutlich weniger Rechenschritten finden.

Quantenkommunikation: Kommunikation der Zukunft

Quantenkommunikation nutzt quantenphysikalische Eigenschaften, um Informationen besonders sicher zu übertragen. Im Mittelpunkt steht dabei die Verteilung kryptographischer Schlüssel mittels Quantentechnologien. Ein wesentlicher Vorteil: Abhörversuche können prinzipiell erkannt werden, da sie den Quantenzustand der übertragenen Informationen verändern. Quantenkommunikation gilt daher als vielversprechender Ansatz für die sichere Kommunikation von Behörden, Unternehmen und kritischen Infrastrukturen in einer zunehmend digitalisierten Welt.

Beispiele für Quantenkommunikation:

• Quantum Key Distribution (QKD): Sichere Verteilung von kryptographischen Schlüsseln über Glasfaser- oder Freiraumverbindungen. Ein Abhörversuch wird dabei erkennbar.
• Sichere Behörden- und Unternehmensnetze: Schutz besonders sensibler Daten vor zukünftigen Angriffen durch leistungsfähige Quantencomputer.
• Satellitengestützte Quantenkommunikation: Aufbau sicherer Kommunikationsverbindungen über große Entfernungen und zwischen verschiedenen Ländern.
• Kritische Infrastrukturen: Einsatz in Energieversorgung, Telekommunikation, Finanzwesen oder Verteidigung, wo besonders hohe Anforderungen an die Vertraulichkeit bestehen.

Quantensensoren: Höchstpräzise Messtechnik

Quantensensoren nutzen gezielt quantenphysikalische Effekte, um Größen wie Magnetfelder, elektrische Felder, Beschleunigungen, Zeit, Temperatur oder Position besonders präzise zu messen. Dadurch können sie in bestimmten Anwendungen deutlich empfindlicher und genauer sein als herkömmliche Sensoren. Mögliche Einsatzgebiete reichen von der Medizintechnik und Navigation über die Industrie bis hin zur Rohstoffsuche und wissenschaftlichen Forschung. Quantensensoren gelten als eines der am weitesten entwickelten und wirtschaftlich vielversprechendsten Anwendungsfelder der Quantentechnologien.

Herausforderung: IT-Sicherheit im Quantenzeitalter

Ein Bereich, der besonders stark betroffen sein wird, ist die Cybersicherheit. Viele heutige Verschlüsselungsverfahren, etwa RSA oder elliptische Kurvenkryptografie, beruhen auf mathematischen Problemen, die für klassische Computer unlösbar sind – für Quantencomputer jedoch nicht.

Das bedeutet: Sobald Quantencomputer eine bestimmte Reife erreicht haben, könnten sie gängige Verschlüsselungen brechen – mit dramatischen Folgen für Datenschutz, sichere Kommunikation und den Schutz geistigen Eigentums.

Die Antwort darauf heißt Post-Quanten-Kryptografie: neue Verfahren, die auch gegenüber Quantenangriffen sicher sind. Die Standardisierung solcher Algorithmen läuft bereits – etwa durch das National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA. Unternehmen sollten sich frühzeitig damit auseinandersetzen und ihre IT-Infrastruktur zukunftssicher gestalten.

Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik arbeitet an der Post-Quanten-Kryptografie.

Unternehmens- / Forschungsnetzwerke zum Quantencomputing

Munich Quantum Valley (MQV)

Bayern innovativ – Thinknet Quantentechnologie

Bundesquantenallianz

Gauß-Allianz

Fraunhofer-Kompetenznetzwerk Quantencomputing

QuCUN (Quantum Computing User Network)

Fazit: Vorbereitung ist entscheidend

Auch wenn es noch einige Jahre dauern wird, bis Quantencomputer breit verfügbar sind, ist ihre Bedeutung für die Wirtschaft schon heute klar erkennbar. Unternehmen, die frühzeitig Expertise aufbauen, Pilotprojekte starten und sich mit den Implikationen – insbesondere für IT-Sicherheit – beschäftigen, verschaffen sich einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil.

Die IHK unterstützt Unternehmen dabei, den Zugang zu dieser Schlüsseltechnologie zu finden – etwa durch das Webinar Pack ma' s digital Zukunftstechnologie Quantencomputing – Grundlagen, Potenziale, Beispiele mit PD Dr. habil. Jeanette Lorenz vom Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS.

Denn wer sich jetzt vorbereitet, kann die Potenziale der Quantenwelt gezielt für Innovation und wirtschaftlichen Erfolg nutzen.