Noch um die Mitte und bis zum Ende des 19. Jahrhunderts waren die meisten Naturwissenschaftler und Naturwissenschaftlerinnen der Meinung, dass die klassische Physik alle bis dato bekannten Probleme zu erklären vermag. Doch dem war nicht so. Es mehrten sich ungelöste und nicht erklärbare physikalische Phänomene, wie zum Beispiel das Problem des sogenannten Schwarzen Strahlers oder die Interpretation des Rutherford`schen Streuversuchs, benannt nach dem neuseeländischen Physiker Ernest Rutherford.

Immer öfter sprachen namhafte Forschende von kleinen Energiepaketen, den Quanten, mit deren Hilfe sie ganz neue Gesetzmäßigkeiten postulierten und die bekannten Bereiche der klassischen Physik hinter sich ließen. Im Jahr 1900 verwendete Max Planck den Begriff der Quanten erstmals in seinem Strahlungsgesetz. Die revolutionäre Neuheit darin war: Erstmals konnte die Energie nicht beliebig viele Werte annehmen, sondern nur in Form von kleinsten Energiepaketen auftreten. 

Diese absolut neue Annahme wuchs sich in den folgenden zwei Jahrzehnten zu einem Beben innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft in Europa aus und die Quantentheorie trug immer mehr dazu bei, die Welt der kleinsten Teilchen zu erklären. Man gewann eine detailliertere Vorstellung vom Aufbau der Materie. 

Das Bohr`sche Atommodell lieferte eine Erklärung dafür, warum die negativ geladenen Elektronen nicht in den positiv geladenen Kern stürzten. Man konnte nun auch die Spektrallinien von Wasserstoff und positiv geladenem Helium verstehen. Für seine Arbeit erhielt Niels Bohr 1922 den Nobelpreis für Physik. Einige weitere wurden in den kommenden Jahren auch an andere Quantenforscher verliehen. 

Viele der Technologien, die wir heute nutzen, sind ohne die Gesetze der Quantenphysik nicht denkbar. Sie erklärt die Funktionsweise von Halbleitern, mit ihrer Hilfe bauen wir Solarzellen und Laser und wir nutzen sie bei der Magnetresonanztomographie (MRT), die bei medizinischen Untersuchungen einen Einblick in den menschlichen Körper erlaubt.

Seit vielen Jahren geistern auch immer wieder Berichte über sogenannte Quantencomputer durch die Medien. Sie sollen schneller rechnen als die besten herkömmlichen Computer und sich bislang ungelösten Problemen annehmen können. Datenschützer warnen allerdings, Passwörter und Verschlüsselungscodes könnten mit ihnen im Nu geknackt werden. Tech-Giganten hingegen versprechen, Quantencomputer könnten bei der Entwicklung neuer Medikamente helfen. Dazu sollen kombinatorische Fragestellungen und Simulationen schneller und effizienter gelöst werden als mit „normalen“ Computern.

Neben der Überlagerung von Zuständen spielt bei den Quantencomputern noch eine weitere Eigenschaft eine Rolle: die Verschränkung. Sind Qubits verschränkt, sind sie auf besondere Art miteinander verbunden. Nimmt man an einer Stelle eine Änderung vor, kann das bei verschränkten Teilchen eine Änderung an einer ganz anderen Stelle bewirken, auch wenn die Teilchen weit voneinander entfernt sind. Albert Einstein nannte das Phänomen „spukhafte Fernwirkung“. Über viele Jahre lieferten sich Forschende Debatten darüber, ob es die nicht-lokale Korrelation tatsächlich gibt. In den 1970er- und 1980er-Jahren erbrachten John Bell und Alain Aspect jedoch die zentralen Beweise für das Phänomen. 

Einsteins Begriff „spukhaft“ hält sich trotzdem hartnäckig und so gibt es zahlreiche selbsternannte „Quantenheiler“, die von sich behaupten, sie könnten sich in magischer Weise mit Erkrankten verbinden und diese über eine Fernwirkung heilen. Zwei grundlegende Prinzipien machen dies jedoch leider unmöglich: Zum einen ist die Verschränkung ein Quantenphänomen und ein Lebewesen kein Quant. Zum anderen kann eine solche Fernwirkung nur stattfinden, wenn die beteiligten Quanten absolut störungsfrei sind. Es darf kein Austausch mit der Umgebung stattfinden. Das heißt weder Energieaustausch über Strahlung oder Temperatur noch Erschütterung oder ähnliche Einflussfaktoren.

Weltweit gibt es schon etwa hundert Quantencomputer, die stehen allerdings hauptsächlich in Forschungszentren oder in Unternehmen, die sie weiterentwickeln und verbessern. Zwar werden seit Jahren Erwartungen geweckt, und Prognosen gegeben, was Quantencomputer alles können werden, doch in der Realität wurde erst vor wenigen Jahren überhaupt erst der erste Quantencomputer vorgestellt, der besser war als ein herkömmlicher Computer. Diese „Quantenüberlegenheit“ feierte Google im Jahr 2019. 

Ricardo Mata, Professor für Theoretische Chemie an der Georg-August-Universität Göttingen und Vorsitzender der GDCh-Fachgruppe Computer in der Chemie, erklärt das Problem so: „Es ist eine Frage der Skalierbarkeit. Wenn ich einen normalen Computer mit nur einem Dutzend Bits zur Verfügung habe, wird er mir nicht viel nützen. Um einen funktionierenden Quantencomputer zu haben, braucht man eine große Anzahl von Qubits, die zusammenarbeiten. Und diese Skalierung ist extrem schwierig.“

Bis Quantencomputer also wirklich von allgemeinem praktischem Nutzen sein werden, wird noch einige Zeit vergehen. Davon seien wir so weit entfernt, dass niemand genau sagen könne, wie lange es dauern wird, sagt Mata. Für konkrete Anwendungen lässt sich das etwas besser einschätzen. Das Bundesamt für Sicherheit und Informationstechnik geht davon aus, dass es noch etwa fünfzehn Jahre dauern wird, bis ein Quantencomputer, der Krypto Codes knacken kann, entwickelt ist.