Quantencomputer in der Science-Fiction: Bücher, Ideen und die Realität

Die fremde Physik: Warum Quantenmechanik alles verändert

Es gibt eine Stufe der Vergrößerung, ab der die Welt aufhört, sich vertraut zu verhalten. Unterhalb der Größenordnung von Atomen gelten Regeln, die jeder Alltagserfahrung widersprechen. Ein Elektron hat keinen bestimmten Aufenthaltsort. Es existiert als Wahrscheinlichkeitswolke, verteilt über den gesamten Raum, und erst im Moment der Messung entscheidet es sich für einen Ort. Davor war es überall und nirgends. Das ist Superposition.

Noch seltsamer: Zwei Teilchen können so miteinander verbunden werden, dass die Messung des einen sofort den Zustand des anderen festlegt, egal ob sie einen Millimeter oder ein Lichtjahr voneinander entfernt sind. Es reist dabei weder Information noch Kraft zwischen ihnen. Der Zusammenhang ist einfach da, eingewoben in die Struktur der Realität selbst. Albert Einstein weigerte sich bis zu seinem Tod, das zu akzeptieren. Er nannte es spukhafte Fernwirkung und war überzeugt, dass die Quantenmechanik unvollständig sein musste, dass es verborgene Variablen geben musste, die das Ganze vernünftig erklären würden.

Er irrte sich. 1964 formulierte der irische Physiker John Stewart Bell eine Ungleichung, mit der sich Einsteins Hypothese experimentell testen ließ. Ab 1972 folgten die Experimente, zunächst von Clauser, dann von Alain Aspect, schließlich in lückenlosen Tests 2015. Das Ergebnis war jedes Mal dasselbe: Die Natur ist nichtlokal. Verschränkung ist real. 2022 erhielten Aspect, Clauser und Anton Zeilinger den Nobelpreis für Physik.

Für Ingenieure bedeutet das: Man kann Maschinen bauen, die diese Fremdartigkeit nutzen. Quantencomputer verwenden Qubits in Superposition, um viele Berechnungen gleichzeitig durchzuführen. Quantenkryptografie nutzt die Tatsache, dass jede Messung den Zustand verändert, um abhörsichere Kommunikation zu garantieren. Quantensensoren messen Gravitationsfelder mit einer Präzision, die GPS ersetzen könnte.

Für Autoren bedeutet es etwas anderes: Die Physik selbst ist fremder als jede Alienrasse, die je erfunden wurde. Und darin liegt ein erzählerisches Potenzial, das die Science-Fiction erst langsam zu erschließen beginnt.

Greg Egan und die Radikalität des Denkens

Wenn es einen Autor gibt, der Quantenmechanik nicht als Dekoration benutzt, sondern als Fundament, dann ist es der australische Mathematiker Greg Egan. In seinem Werk ist Quantenphysik keine Hintergrundtechnologie. Sie ist die Frage, um die sich alles dreht.

Egan verlangt seinen Lesern einiges ab. Seine Romane enthalten Diagramme, mathematische Herleitungen und Gedankenexperimente, die den meisten Physik-Lehrbüchern in Rigidität nicht nachstehen. Manche halten das für unzugänglich. Andere halten es für den ehrlichsten Umgang mit Wissenschaft, den die Literatur zu bieten hat. Egan respektiert seine Leser genug, um ihnen die volle Komplexität zuzumuten, und er respektiert die Physik genug, um sie nicht zu verfälschen.

In Schild's Ladder (2002) geht er noch weiter: Ein Experiment in der Quantengravitation erzeugt ein neues Vakuum, das sich mit halber Lichtgeschwindigkeit ausbreitet und die normale Materie verdrängt. Die Menschheit muss entscheiden, ob sie das neue Vakuum als Katastrophe oder als Chance begreift. Einige wollen es aufhalten. Andere wollen hinein, weil die Physik dort interessanter sein könnte als in unserem alternden Universum. Es ist Science-Fiction, die so radikal denkt, dass sie einen zwingt, die eigenen Annahmen über die Realität zu hinterfragen.

Hannu Rajaniemi: Quantenmechanik als Gesellschaftsform

Rajaniemi erklärt fast nichts. Der Roman wirft den Leser in eine post-singuläre Gesellschaft und erwartet, dass er schwimmt. Das ist eine bewusste Entscheidung. Rajaniemi, selbst Mathematiker mit einem PhD in String-Theorie, schreibt Quantenmechanik als gelebte Erfahrung, nicht als Lehrstoff. Die Technologie ist so tief in die Gesellschaft integriert, dass die Figuren sie genauso wenig erklären, wie wir Elektrizität erklären, wenn wir einen Lichtschalter betätigen.

Das macht die Jean-le-Flambeur-Trilogie (Der Quantendieb, The Fractal Prince, The Causal Angel) zu einer einzigartigen Leseerfahrung. Man liest den ersten Roman zweimal: einmal, um die Oberfläche zu begreifen, und einmal, um die Tiefenstruktur zu sehen. Rajaniemis Mars ist die vielleicht detaillierteste Darstellung einer Gesellschaft, die Quantenmechanik nicht als Werkzeug benutzt, sondern als Grundlage ihrer Kultur, ihrer Ethik und ihrer Identität.

Die Oubliette stellt eine Frage, die in Zeiten von Datenschutzdebatten und KI-Überwachung erstaunlich relevant ist: Was wäre, wenn Privatsphäre kein Recht wäre, das man durchsetzen muss, sondern eine Eigenschaft der Physik? Wenn es buchstäblich unmöglich wäre, jemanden zu überwachen, weil die Gesetze der Quantenmechanik es verhindern? Das No-Cloning-Theorem macht genau das theoretisch möglich: Quanteninformation kann nicht kopiert werden, ohne den Zustand zu zerstören. Rajaniemi baut aus diesem Naturgesetz eine ganze Zivilisation.

Liu Cixin und die Waffe, die ein Proton ist

Lius Sophonen sind eine der originellsten Science-Fiction-Erfindungen der letzten Jahrzehnte. Die Idee verbindet reale Physik (Quantenverschränkung, dimensionale Faltung aus der Stringtheorie) mit einer erzählerischen Logik, die erschreckend schlüssig ist. Wenn eine fortgeschrittene Zivilisation Quantencomputer in Elementarteilchen einbauen kann, dann gibt es keinen Schutz dagegen. Man kann ein Proton nicht sehen, nicht aufhalten und nicht davon unterscheiden, dass es einfach ein Proton ist. Überwachung wird unsichtbar, weil sie in der Struktur der Materie selbst stattfindet.

Die trisolaranische Strategie ist auch deshalb so wirkungsvoll, weil sie auf einer realen Schwäche basiert: Die Physik des 21. Jahrhunderts steckt tatsächlich fest. Das Standardmodell der Teilchenphysik funktioniert spektakulär gut, aber es erklärt nur etwa fünf Prozent des Universums. Dunkle Materie, dunkle Energie, die Vereinigung von Quantenmechanik und Gravitation: All diese Fragen sind offen. Liu greift diese echte wissenschaftliche Frustration auf und verwandelt sie in einen kosmischen Thriller. Was, wenn die Physik nicht steckt, sondern sabotiert wird?

Die Trisolaris-Trilogie (Die drei Sonnen, Der dunkle Wald, Jenseits der Zeit) nutzt Quantenmechanik als Waffe, als Kommunikationsmittel und als Metapher für eine Realität, die komplexer ist, als Menschen es sich vorstellen können. Liu schreibt Hard SF im chinesischen Maßstab: kosmologisch in der Perspektive, kompromisslos in der Logik und bereit, Konsequenzen zu durchdenken, vor denen westliche Autoren oft zurückschrecken.

Die Viele-Welten-Frage: Crouch, Stephenson und das gespaltene Ich

1957 schlug der Physiker Hugh Everett in seiner Dissertation eine radikale Interpretation der Quantenmechanik vor: Wenn ein Qubit gemessen wird, spaltet sich das Universum nicht in einen Zustand auf. Es spaltet sich in alle möglichen Zustände auf, und jeder davon ist gleich real. Die Viele-Welten-Interpretation war geboren, und die Science-Fiction hatte ihr größtes Geschenk seit der Zeitmaschine.

Die Verbindung zwischen Quantenmechanik und Parallelwelten ist der fruchtbarste Schnittpunkt von Physik und Literatur. Aber sie birgt auch eine Gefahr: die Trivialisierung. Wenn jede Entscheidung jedes mögliche Ergebnis in irgendeinem Zweig hervorbringt, dann hat keine Entscheidung mehr Gewicht. Alles geschieht sowieso, irgendwo. Die besten Quantenphysik-Romane begegnen diesem Problem, indem sie darauf bestehen, dass es auf die Perspektive ankommt. Für Jason Dessen zählt seine Familie in seiner Welt. Für Erasmas zählt seine Gemeinschaft in seinem Zweig. Die Unendlichkeit der Möglichkeiten entwertet die einzelne Erfahrung nicht. Sie macht sie kostbarer.

Shors Albtraum: Wenn die Verschlüsselung fällt

1994 veröffentlichte der Mathematiker Peter Shor am MIT einen Algorithmus, der die Science-Fiction-Autoren hätte elektrisieren müssen. Der Shor-Algorithmus zeigt, dass ein Quantencomputer die Primfaktorzerlegung großer Zahlen in polynomialer Zeit lösen kann. Das klingt abstrakt. Die Konsequenz ist es nicht: Praktisch die gesamte digitale Verschlüsselung der Welt basiert auf der Annahme, dass diese Zerlegung für klassische Computer praktisch unlösbar ist. RSA, das Verfahren, das Bankverbindungen, Staatsgeheimnisse und militärische Kommunikation schützt, wäre über Nacht wertlos.

Dieses Szenario hat erhebliches Thriller-Potenzial, das die Science-Fiction bisher erstaunlich wenig ausgeschöpft hat. Der Tag, an dem ein Quantencomputer RSA bricht, wäre der größte Sicherheitsvorfall der Menschheitsgeschichte. Jede verschlüsselte Nachricht, die jemals aufgezeichnet wurde, jede diplomatische Kommunikation, jedes Firmengeheimnis könnte nachträglich entschlüsselt werden. Geheimdienste wissen das. Die NSA und ihr chinesisches Pendant MSS zeichnen nach Berichten von Sicherheitsforschern bereits heute verschlüsselten Datenverkehr auf, um ihn zu entschlüsseln, sobald die Technik reif ist. „Harvest now, decrypt later" heißt die Strategie, und sie ist keine Spekulation, sondern operative Realität.

Die Gegenmaßnahmen laufen: Das US-amerikanische NIST hat 2024 die ersten post-quantenkryptografischen Standards veröffentlicht. Apple, Google, Signal und Cloudflare haben begonnen, ihre Systeme umzurüsten. Die Verfahren basieren auf mathematischen Problemen (gitterbasierte Kryptografie), die nach aktuellem Wissen auch für Quantencomputer schwer zu lösen sind. Die vollständige Migration der globalen Kryptografie-Infrastruktur wird voraussichtlich ein Jahrzehnt dauern. In diesem Zeitfenster liegt ein Thriller, den noch niemand geschrieben hat.

Michael Crichtons Timeline (1999) nutzte Quantentechnologie für Zeitreisen statt für Kryptografie. Die Erklärung war pseudo-wissenschaftlich, aber Crichton verstand es, komplexe Ideen in packende Handlung zu übersetzen. Für das eigentliche Thriller-Szenario, den Zusammenbruch globaler Verschlüsselung durch einen Quantencomputer, wartet die Literatur noch auf ihren Crichton.

Willow, Majorana und die Wirklichkeit

Während Autoren über Sophonen und Quantengefängnisse schreiben, macht die reale Quantentechnologie Fortschritte, die vor zehn Jahren niemand für möglich gehalten hätte.

Google erklärte 2019 mit dem Sycamore-Chip die Quantenüberlegenheit: 53 Qubits lösten eine Aufgabe in 200 Sekunden, für die ein klassischer Supercomputer geschätzte 10.000 Jahre bräuchte. IBM widersprach der Schätzung, räumte aber ein, dass der Fortschritt real war. Ende 2024 setzte Googles Willow-Chip einen weiteren Meilenstein: Erstmals sank die Fehlerrate, wenn mehr Qubits hinzugefügt wurden. Das klingt banal, ist aber der entscheidende Durchbruch. Bisherige Prozessoren wurden mit mehr Qubits schlechter statt besser, weil jedes zusätzliche Qubit neue Fehlerquellen einschleppte. Willow kehrte diesen Trend um und löste damit ein jahrzehntealtes Versprechen der Quantenfehlerkorrektur erstmals experimentell ein.

IBM stellte 2023 den Condor-Prozessor mit über 1.000 Qubits vor. Microsoft präsentierte Anfang 2025 den Majorana-1-Chip, der auf topologischen Qubits basiert, einer Architektur, die Information in der Gesamtstruktur eines Quantensystems statt in einzelnen Teilchen speichert. Die Idee: Lokale Störungen können die gespeicherte Information nicht zerstören, ähnlich wie ein Knoten in einem Seil bestehen bleibt, egal wie man das Seil biegt. Wenn topologische Qubits funktionieren, könnte das den Overhead für Fehlerkorrektur drastisch reduzieren.

Parallel dazu entwickelt sich eine Infrastruktur, die in der Science-Fiction kaum vorkommt, aber vielleicht die größten kurzfristigen Auswirkungen haben wird. Das Quanteninternet nimmt Gestalt an: China betreibt ein 2.000 km langes Quantennetzwerk zwischen Peking und Shanghai, Europa baut mit EuroQCI ein kontinentweites System auf, und in den USA verknüpft das Chicago Quantum Network erste regionale Knotenpunkte. Quantensensoren messen Gravitationsfelder, Magnetfelder und Trägheit mit bisher unerreichter Präzision und sind technologisch deutlich weiter als die Rechner selbst.

Für die Quantensimulation von Molekülen, die Entwicklung neuer Medikamente und Materialien, rechnen Experten mit ersten praktischen Vorteilen innerhalb der nächsten fünf bis zehn Jahre. Pharmaunternehmen wie Roche und Merck investieren bereits. Universelle, fehlerkorrigierte Quantencomputer, die Shors Algorithmus auf RSA-Schlüssel anwenden könnten, liegen wahrscheinlich noch 15 bis 20 Jahre in der Zukunft. Bis dahin wird sich die Welt verändert haben, auf Weisen, die weder die Physiker noch die Autoren heute vollständig absehen können.

Das Quantenwettrennen: USA, China, Europa

Der Physiker Michio Kaku brachte es 2023 in einem Interview auf den Punkt: „Wer die Quantentechnologie kontrolliert, kontrolliert die Zukunft." Ob man das für übertrieben hält oder nicht: Die Regierungen der Welt verhalten sich so, als würden sie es glauben.

China hat zwischen 2017 und 2025 über 15 Milliarden Dollar in Quantenforschung investiert, mehr als jedes andere Land. Das Nationale Labor für Quanteninformationswissenschaften in Hefei ist mit 37 Hektar das größte Quantenforschungszentrum der Welt. Pan Jianwei, Chinas führender Quantenphysiker und oft als „Vater des Quanteninternets" bezeichnet, hat mit dem Micius-Satelliten 2017 die erste interkontinentale Quantenkommunikation zwischen Wien und Peking demonstriert. China betreibt das einzige tausend Kilometer lange QKD-Netzwerk im Alltagsbetrieb.

Die USA setzen auf den Privatsektor. Google, IBM und Microsoft investieren jährlich Milliarden. Googles Quantum AI Lab in Santa Barbara hat mit Sycamore und Willow zwei der wichtigsten Durchbrüche erzielt. IBM verfolgt eine aggressive Roadmap mit dem Ziel eines 100.000-Qubit-Systems bis 2033. Die US-Regierung hat 2018 den National Quantum Initiative Act verabschiedet, der über fünf Jahre 1,2 Milliarden Dollar bereitstellt. 2024 wurde er verlängert und aufgestockt.

Europa hat Nachholbedarf, setzt aber gezielt auf Stärken. Das Quantum Flagship Programm der EU umfasst eine Milliarde Euro über zehn Jahre. Frankreichs Quantenstrategie wurde von Präsident Macron persönlich verkündet: 1,8 Milliarden Euro. Deutschland investiert 3 Milliarden Euro über die Bundesregierung, verteilt auf Forschungszentren in München, Stuttgart und Jülich. Die stärkste europäische Position liegt in der Grundlagenforschung: Anton Zeilingers Nobelpreis 2022 kam aus Österreich, und das Fraunhofer-Institut betreibt seit 2021 Deutschlands ersten IBM-Quantencomputer in Ehningen.

Die Kosten sind enorm. Ein einzelner supraleitender Quantencomputer kostet zwischen 10 und 15 Millionen Dollar in der Anschaffung, dazu kommen jährliche Betriebskosten für Kühlung, Kalibrierung und Wartung. D-Wave verlangt für Cloud-Zugang zu seinen Quantenannealern zwischen 2.000 und 5.000 Dollar pro Stunde. IBM bietet über seine Quantum Network Platform abgestufte Zugänge an: kostenlose Experimente auf kleinen Systemen ebenso wie Premium-Partnerschaften für sechsstellige Jahresbeträge. Für die meisten Unternehmen ist Quantencomputing derzeit eine Forschungsinvestition, die sich erst in fünf bis fünfzehn Jahren auszahlen soll.

Der Physiker Scott Aaronson, einer der führenden Theoretiker des Quantencomputing, warnt regelmäßig vor überzogenen Erwartungen. In seinem Blog „Shtetl-Optimized" schrieb er 2024 sinngemäß: Quantencomputer werden bestimmte Probleme schneller lösen. Aber sie werden weder das Bewusstsein entschlüsseln noch alle Krankheiten heilen noch die Weltwirtschaft revolutionieren. Sie sind Werkzeuge, extrem leistungsfähige Werkzeuge für eine spezifische Klasse von Problemen.

Q-Day: Bitcoin, Bankensysteme und der Tag danach

In der Kryptografie-Community hat der Tag einen Namen: Q-Day. Der Tag, an dem ein Quantencomputer zum ersten Mal eine reale, in Produktion befindliche Verschlüsselung bricht. Und kein Bereich wird heftiger diskutiert als die Kryptowährungen.

Bitcoin basiert auf zwei kryptografischen Säulen: dem SHA-256-Hashverfahren (für das Mining) und der elliptischen Kurvenkryptografie ECDSA (für die Signaturen, die Transaktionen autorisieren). Gegen Shors Algorithmus wäre ECDSA verwundbar. Ein Quantencomputer mit ausreichend logischen Qubits könnte aus einem öffentlichen Schlüssel den privaten Schlüssel berechnen und damit fremde Bitcoin-Wallets leeren.

Die Dimension ist gewaltig. Bitcoin-Adressen, bei denen der öffentliche Schlüssel sichtbar ist (Pay-to-Public-Key, P2PK, vor allem aus der Frühzeit des Netzwerks), repräsentieren nach Schätzungen der Analysten von Deloitte etwa 25 Prozent aller existierenden Bitcoin, rund vier Millionen BTC. Das sind bei aktuellem Kurs mehrere hundert Milliarden Dollar. Satoshi Nakamotos eigene Wallets mit geschätzt einer Million Bitcoin gehören zu dieser Kategorie.

Aber: Die Zeitskalen relativieren die Panik. Eine Studie der University of Sussex von 2022 schätzte, dass man für das Brechen einer Bitcoin-ECDSA-Signatur innerhalb eines Tages etwa 13 Millionen physische Qubits bräuchte. Innerhalb einer Stunde: 317 Millionen. Der leistungsfähigste existierende Prozessor hat einige tausend. Der Abstand zwischen heute und Q-Day wird auf 15 bis 30 Jahre geschätzt, genug Zeit für die Bitcoin-Community, auf quantensichere Signaturen umzusteigen. Die Debatte, welches PQC-Verfahren Bitcoin verwenden soll, läuft bereits.

Für das traditionelle Bankensystem stellt sich dasselbe Problem in größerem Maßstab. SWIFT, das globale Interbanken-Kommunikationsnetz, SSL/TLS-Zertifikate für Online-Banking, und die gesamte Infrastruktur digitaler Identitäten (Personalausweise, Reisepässe, digitale Signaturen) basieren auf Verfahren, die gegen Quantencomputer verwundbar sind. Die Umstellung ist eine logistische Mammutaufgabe. Banken, die heute Hardware-Sicherheitsmodule mit 15 Jahren Lebensdauer bestellen, müssen bereits jetzt quantensichere Verfahren einplanen.

Die Science-Fiction hat dieses Szenario bisher kaum erzählt. Dabei steckt darin ein Thriller erster Güte: Was passiert am Tag, an dem ein Staat (oder eine Gruppe, oder ein einzelner Forscher) als erster die Verschlüsselung bricht? Wer erfährt es zuerst? Wie schnell kann man reagieren? Und was geschieht mit den Milliarden an Kryptowährungen, die an unsicheren Adressen liegen?

Utopie oder Dystopie? Zwei Szenarien für 2045

Beide Szenarien sind spekulativ, aber physikalisch plausibel. Die Realität wird wahrscheinlich irgendwo dazwischen liegen: Quantencomputer werden bestimmte Probleme lösen, die vorher unlösbar waren, und gleichzeitig neue Verwundbarkeiten schaffen. Die Frage ist nicht, ob Quantencomputer die Welt verändern werden. Die Frage ist, ob wir vorbereitet sein werden.

Die Physikerin und Quantenforscherin Preskill, der den Begriff „Quantenüberlegenheit" geprägt hat, schrieb 2023 in einem viel beachteten Essay: Wir befinden uns in der NISQ-Ära, der Ära der „Noisy Intermediate-Scale Quantum"-Geräte. Sie sind zu groß, um klassisch simuliert zu werden, und zu fehlerbehaftet, um zuverlässig zu rechnen. Der Übergang zur nächsten Phase, zu fehlerkorrigierten, universellen Quantencomputern, ist die größte technologische Herausforderung unserer Generation. Ob sie in zehn Jahren oder in dreißig gelingt, weiß niemand. Aber dass sie gelingen wird, daran zweifelt in der Fachwelt fast niemand mehr.

Die tiefere Frage: Was ist real?

Die Quantenmechanik ist die am besten bestätigte Theorie der Physik. Jedes Experiment der letzten hundert Jahre hat sie bestätigt. Und trotzdem versteht niemand, was sie bedeutet. Das ist keine Übertreibung. Richard Feynman, einer der Väter der Quantenelektrodynamik, sagte es direkt: Wer behauptet, die Quantenmechanik zu verstehen, hat sie nicht verstanden.

Was die Quantenmechanik mindestens nahelegt, ist eine Erschütterung unserer alltäglichen Ontologie. Die Vorstellung, dass Dinge feste Eigenschaften haben, bevor wir sie messen, ist falsch. Ein Elektron hat vor der Detektion keinen bestimmten Ort. Ein Photon besitzt vor dem Filter keine bestimmte Polarisation. Die Eigenschaften werden durch die Messung erzeugt. Daraus ergeben sich Fragen, auf die es keine konsensfähige Antwort gibt: Ist die Realität grundsätzlich unbestimmt? Braucht sie einen Beobachter, um sich zu manifestieren? Oder spaltet sie sich in jede mögliche Version auf?

Genau hier liegt die Verbindung zur Science-Fiction. Die beste Quantenphysik-Literatur handelt nicht von Computern. Sie handelt von der Frage, was Realität ist. Egans Permutation City fragt, ob eine simulierte Realität weniger real ist als eine physische. Rajaniemis Oubliette fragt, ob Identität eine physikalische Eigenschaft sein kann. Stephensons Anathem fragt, ob Bewusstsein zwischen den Zweigen navigieren kann. Crouchs Dark Matter fragt, ob eine einzige Version eines Lebens Bedeutung hat, wenn unendlich viele existieren.

Diese Fragen sind nicht esoterisch. Sie werden in den kommenden Jahrzehnten praktisch relevant. Wenn Quantencomputer Moleküle simulieren, die Natur berechnen und Verschlüsselungen brechen können, dann nicht, weil sie schnellere klassische Computer sind, sondern weil sie die Fremdartigkeit der Quantenwelt direkt nutzen. Die Technologie funktioniert, gerade weil die Realität so seltsam ist, wie die Physiker sagen. Und das bedeutet: Die Fragen, die Egan, Rajaniemi und Stephenson stellen, sind nicht nur literarisch interessant. Sie greifen nach der Struktur dessen, was wir Wirklichkeit nennen.

Stanisław Lems Solaris endet ohne Antworten. Der denkende Ozean bleibt unverständlich. Vielleicht ist das die ehrlichste Position, die die Literatur gegenüber der Quantenmechanik einnehmen kann: nicht erklären, sondern die Tiefe des Nichtverstehens spürbar machen. Die Quantenwelt ist kein Rätsel, das gelöst werden muss. Sie ist eine Eigenschaft der Realität, die akzeptiert werden will.

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