Quantencomputing – Hype oder Quantensprung für Unternehmen?

Quantencomputing (QC) - Blogreihe zu Quantencomputing
Quantencomputing (QC) – Blogreihe zu Quantencomputing
Quantencomputer können komplexe Probleme lösen, die herkömmliche Computer an Grenzen stoßen lässt. Die Technologie birgt viele Potenziale für die Industrie und bedeutet nicht nur einen Vorstoß in der Wissenschaft, sondern auch eine große Chance für innovative Geschäftsmodelle und vielversprechende Anwendungszenarien.

Das Interesse am Quantencomputing ist gewaltig. Die fast 300 Teilnehmenden an der Auftaktveranstaltung unseres Projekts »SEQUOIA« haben das eindrücklich gezeigt. Doch was hat es mit dem Quantencomputing auf sich? Ist es nur der neueste Hype oder – man möge mir das Wortspiel verzeihen – ein Quantensprung?

Was ist Quantencomputing?

Dem Quantencomputing liegt die Tatsache zugrunde, dass die Natur sich eben nicht klassisch verhält, sondern quantenmechanisch. Und das ist, selbst als Ingenieur, mit der eigenen Intuition schwer zu greifen.
Schrödingers Katze ist ein beliebtes Gedankenexperiment, welches dies begreiflich machen soll. In einer Box befindet sich eine Katze, von der wir nicht wissen, ob sie am Leben ist. Erst, wenn wir die Box öffnen, erfahren wir es. Quantenmechanisch gedacht ist die Katze aber weder tot noch lebendig, solange die Box ungeöffnet bleibt – sie befindet sich in einem Superzustand, ist also sowohl lebendig als auch tot. Kurz gesagt: Die Welt ist erst die Welt, wenn wir hinschauen.

Das klingt verrückt, aber genau das passiert auf dem Quantencomputer. Ein Qubit ist im Vergleich zu einem normalen Bit nicht nur 0 oder 1, sondern kann auch einen beliebigen Superzustand dazwischen annehmen. Ob es 0 oder 1 ist, entscheidet sich beim Lesen. Genau das bei den ersten Experimenten auf dem Quantencomputer erleben zu können, war schon faszinierend und auch ein bisschen philosophisch.

Jetzt benutzen wir den Quantencomputer aber nicht nur, um den Puls imaginärer Katzen zu messen, sondern, weil wir uns ganz reale Vorteile beim Lösen schwieriger Probleme erhoffen, bei denen konventionelle Computer an ihre Grenzen stoßen. Warum und überhaupt – was bringt es?

Die Quantenherausforderung

Die Herausforderung ist, dass der Superzustand zerbrechlich ist – er kann nicht kopiert werden und nach dem Lesen ist er zerstört – von der 0 oder 1 kommt man nicht mehr zurück in die Unsicherheit. Gerade das Kopieren und Lesen von Daten ist aber der Vorteil an klassischen Computern. Das Programmieren für Quantencomputer ist daher eine verzwickte Aufgabe, für die man Expert*innen aus Physik, Mathematik und Informatik braucht. Im Projekt »SEQUOIA« wollen wir erforschen, wie auch Normalsterbliche den Quantencomputer nutzen können. Schließlich schreibt der oder die Softwareentwickler*in von heute seine Programme ja auch nicht mehr direkt in Nullen und Einsen.

Noch sind die Quantencomputer klein. Der Computer in Ehningen verfügt über 27 Qubits. Für den Praxisgebrauch sind weitaus mehr notwendig. Aber die Prognose ist, dass sich die Zahl der verfügbaren Qubits im Jahresrhythmus immer wieder vervielfacht. Genau so war es ja auch bei den klassischen Computern, deren Transistorenzahl sich laut Moore’s Law alle 1,5 Jahre verdoppelt.

Bald ist also mit Quantenhardware zu rechnen, die sich auch für den Praxiseinsatz eignet. Und wenn die Hardware soweit ist, dann muss es auch die Software sein.

Vielversprechende Anwendungsszenarien

Quantencomputing bietet neue, effiziente Berechnungsverfahren für Aufgabenstellungen, denen der klassische Computer kaum gewachsen ist – selbst, wenn man Hochleistungsrechner benutzt. Das sind vor allem Optimierungsprobleme, Simulation und Künstliche Intelligenz.

Beispiele dafür sind die Planung von Infrastrukturen wie Impfzentren und E-Ladesäulen, die Simulation von chemischen und materialwissenschaftlichen Prozessen und die Erkennung von Anomalien und Betrugsfällen.

Anwendungsfälle waren es auch, die unsere Gäste aus der Industrie interessierten. Was bringt das Quantencomputing in der Praxis, wie leistungsfähig sind die Computer und was kostet das Ganze?

Wer interessiert sich für Quantencomputing?

Das interessiert die Unternehmen in Baden-Württemberg am Quantencomputing. (quelle: Befragung der Veranstaltungsteilnehmenden)
Teilnehmende an der SEQUOIA-Auftaktveranstaltung. (quelle: Befragung der Veranstaltungsteilnehmenden)

Verschiedenste Branchen haben teilgenommen und lassen sich grob in zwei Gruppen teilen: Anwenderunternehmen und IT-Unternehmen.

Die Anwenderunternehmen interessieren sich, wie Quantencomputing ihnen bei ihren Aufgaben und Herausforderungen helfen kann.

Für die IT-Unternehmen stellt sich eine andere Frage. Mit dem Quantencomputing entsteht ein völlig neues Teilgebiet der IT. Welche Dienstleistungen müssen wir den Kund*innen anbieten? Wie sehen die Geschäftsmodelle aus? Und was muss ich heute tun, um fachlich und organisatorisch für den Durchbruch der Quantencomputer bereit zu sein?

Interessant ist, dass nicht nur große Unternehmen diese Fragen bewegt, sondern dass auch viele kleine und mittelständische Unternehmen aktiv am Thema Quantencomputing dran sind.

Das Projekt »SEQUOIA« möchte Unternehmen helfen, diese Fragen zu beantworten. Ein enger Austausch mit der Industrie ist in allen Phasen des Projekts geplant. In unserer neuen Blogreihe »Quantencomputing« möchten wir die Entwicklungen auf dem Feld des Quantencomputings beleuchten und die Potenziale und den konkreten Nutzen für die Industrie sichtbar machen.
Welche Rolle kann Quantencomputing in Ihrem Unternehmen spielen und welche Grundlagen müssen dafür geschaffen werden? Wir freuen uns auf einen regen Austausch und eine spannende Blogreihe mit Ihnen!

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Falko Kötter

Falko Kötter

Falko Kötter hat das Fraunhofer IAO zum 01.10.2021 verlassen.

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