Verantwortungsvolle Digitale Transformationen

Die Kommunikations- und IT-Infrastruktur bildet das Fundament moderner wirtschaftlicher, politischer und gesellschaftlicher Systeme. Vertrauen in die Technologien, auf denen diese Systeme basieren, ist entscheidend für soziale Stabilität und Resilienz – insbesondere in einer Zeit, die vom schnellen technologischen Wandel und wachsenden Bedrohungen durch physische und/oder Cyberangriffe geprägt ist. Die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und das reibungslose Funktionieren kritischer Informationsinfrastrukturen wie Netzwerke, Kommunikationsplattformen sowie Datenverarbeitungs- und Speichersysteme sind essenziell, um die Resilienz unserer Gesellschaft zu gewährleisten. Gleichzeitig müssen Daten vor unbefugtem Zugriff und nicht autorisierten Änderungen geschützt werden. Dafür kommen Methoden wie verifizierte Zugangskontrollen, grossflächige kryptografische Infrastrukturen, vertrauenswürdige und sichere Rechenumgebungen sowie verschlüsselte Speicher zum Einsatz. In der Kryptografie zeichnet sich durch Quantencomputer und Quantenkommunikation ein grundlegender Wandel ab. Für den Schutz der nationalen und internationalen Informationsinfrastruktur ist es entscheidend, die komplexen Wechselwirkungen und die wachsenden Abhängigkeiten zwischen diesen fortschreitenden Technologien zu beherrschen. 

Technologische Durchbrüche bei datengestützten Ansätzen revolutionieren nahezu alle Wissenschaftsgebiete durch neuartige und ergänzende Methoden. Dies verändert nicht nur die Abläufe wissenschaftlicher Forschung und Entdeckung, sondern ermöglicht auch die Lösung komplexer Probleme in Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie in Sozial- und Geisteswissenschaften. Beispiele hierfür sind Fortschritte im Verständnis natürlicher Sprache, in der Arzneimittelforschung, Robotik und der Analyse medizinischer Daten für Diagnosen und Therapien. Die Weiterentwicklung von Rechenkompetenzen und der Einsatz von KI tragen wesentlich zum gesellschaftlichen Fortschritt bei, insbesondere durch die Förderung eines verantwortungsvollen Umgangs mit sozialen und natürlichen Umgebungen. Hierbei ist ein Perspektivwechsel erforderlich:  Statt menschliche und künstliche Intelligenz als Konkurrenten zu betrachten, sollten sie synergetisch zusammenarbeiten. Dies verlangt die Entwicklung interaktiver Mensch-Maschine-Plattformen, um konventionelle Ansätze in Frage zu stellen. Ein verantwortungsvoller Einsatz dieser Technologien setzt technische Robustheit, Sicherheit sowie klare rechtliche Rahmenbedingungen voraus. Leitlinien sind notwendig, um Themen wie Interpretierbarkeit von Entscheidungen, Erkennung und Vermeidung von Verzerrungen sowie Fairness zu adressieren. Gleichzeitig wirft der erhebliche Energieverbrauch moderner Methoden des maschinellen Lernens Fragen zur Nachhaltigkeit auf, die insbesondere im Kontext verantwortungsvoller digitaler Transformationen dringend geklärt werden müssen. 

Cyber-physische Systeme verbinden den Cyberspace mit der physischen Welt und treiben den Wandel moderner Gesellschaften voran. Das Internet der Dinge (IoT) integriert physische Objekte in Kommunikationsnetzwerke, wodurch Daten erfasst, ausgetauscht und Prozesse durch Interaktion mit der Umgebung optimiert werden können. Die Anwendungsfälle reichen vom automatisierten Anbau in Landwirtschaftsbetrieben über Smart Cities (z. B. Elektrofahrzeugbatterien als flexible Speicher in integrierten Erzeuger-Verbraucher-Systemen) bis hin zu Wearables, die Gesundheitsdaten an Dienstleister übermitteln. Erweiterte Realitäten – Augmented, Virtual und Mixed Reality – verwischen zunehmend die Grenzen zwischen physischer und digitaler Welt. Fortschritte in der Robotik, kombiniert mit Daten und KI, eröffnen zusätzliche Möglichkeiten, etwa durch kollaborative Roboter in Industrieumgebungen oder Mikro- und Nano-Roboter in der medizinischen Behandlung. Um systemische Schwachstellen zu minimieren, sind strenge Sicherheitsstandards für Geräte und Systeme unerlässlich. Einige technologische Fortschritte und Anwendungen werden erhebliche soziale und politische Auswirkungen haben, die es zunächst umfassend zu verstehen gilt. Nur so kann gewährleistet werden, dass diese Entwicklungen der Gesellschaft zugutekommen. 

Quantencomputer könnten herkömmliche Rechner ergänzen, indem sie komplexe Rechenprobleme lösen und so Forschung und Entwicklung vorantreiben. Die praktischen Anwendungsmöglichkeiten von Quantentechnologien auf reale Herausforderungen sind jedoch derzeit noch begrenzt. Mit der zunehmenden Verbreitung digitaler Technologien wächst der Bedarf an neuartigen, energieeffizienten Paradigmen für Rechenleistung und Datenspeicherung. Der Grossteil der heutigen Rechenleistung und Datenverarbeitung basiert auf integrierten Schaltkreisen aus Silizium. Neuartige Materialien wie Multiferroika oder spintronische Bauelemente, die nichtflüchtige Datenspeicher und Verarbeitung kombinieren, bieten grosses Potenzial für Energieeinsparungen, Miniaturisierung und Effizienz. Angesichts allgegenwärtiger Computersysteme wird die Energieineffizienz der bestehenden Recheninfrastruktur zu einer zentralen Herausforderung.