Der Quantencomputer IBM Quantum System One

01.12.2021 – Lesezeit: 3 Minuten

Geschäftsführung / Technologie

Zukunft Mittelstand: Wo werden Quantencomputer eingesetzt?

Welches Potenzial haben Quantencomputer für den deutschen Mittelstand und wo sollen sie zukünftig eingesetzt werden? Ein kompakter Anwendungs-Überblick.


Lange Zeit wurde das Einsatz-Potenzial von Quantencomputern nur in der Theorie diskutiert. In 2021 hat das Thema für die deutsche Wirtschaft endlich Fahrt aufgenommen. Bereits im Juni 2021 wurde der Quantencomputer IBM Quantum System One von Bundeskanzlerin Angela Merkel höchstpersönlich per Videoschaltung am IBM-Standort Ehningen eingeweiht. Das Projekt ist eine Zusammenarbeit von IBM und der Münchner Fraunhofer-Gesellschaft und soll die Entwicklung des Quantencomputings in Deutschland weiter stärken.

Mit 27 Qubits ist der Quantencomputer von IBM der derzeit stärkste in Europa. Der neue Supercomputer soll der Anwendungs-Forschung für die Industrie dienen und beispielsweise komplexe Berechnungen oder Fehlerbewertungen möglich machen, die Industrieunternehmen in Deutschland völlig neue Anwendungen eröffnen. Welche Einsatzgebiete sich die Forscher von Quantencomputern erwarten, hat Mittelstand Heute kurz und kompakt für Sie zusammengefasst.

 

...27 Qubits? Ok, aber was sind eigentlich Qubits?

Qubits oder Quantenbits sind die Recheneinheiten eines Quantencomputers. Qubits können im Vergleich zu herkömmlichen Bits bei Computern mehr Informationen als nur 1 oder 0 speichern. Qubits existieren auch in einer Überlagerung dieser Werte - in der im Fachjargon sogenannten Superposition. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bits kann das Quantenbit beliebig viele Zustände gleichzeitig annehmen. Quantencomputer erzielen so schon mit wenigen Qubits große Rechenleistungen. Dazu kommt: Die Rechenleistung eines Quantencomputers steigt theoretisch exponentiell mit der Anzahl der Qubits. Schon mit wenigen Qubits sind so komplexe Problemstellungen in kürzester Zeit lösbar.

 

Einsatzgebiete: Wo ist das größte Potenzial für den Mittelstand zu erwarten?


Neben dem Technologie-Riesen IBM und der Fraunhofer-Gesellschaft hat auch die Industrie selbst das große Potenzial von Quantencomputern längt erkannt und sich zu einem Konsortium zusammengeschlossen. Ziel des Konsortiums mit dem Namen Quantum Technology and Application Consortium (QUTAC) ist es, industrielle Anwendungen mit hohem Potenzial für Quantencomputer zu testen.

Die Mitglieder der Initiative lesen sich durchaus namhaft: BASF, BMW, Boehringer Ingelheim, Bosch, Infineon, Merck, Munich Re, SAP, Siemens und Volkswagen. Ein mögliches Anwendungsfeld zeigte beispielsweise BMW in einem eigenen Video: So zeigte der bayerische Automobil-Hersteller, wie Quantencomputer Industrieroboter dabei unterstützen könnten, den effizientesten Weg zu finden, um Dichtungs-Material auf die Nähte eines Autos aufzutragen. Das Potenzial ist groß: Denn damit könnte BMW gleichzeitig Zeit, Material und Kosten einsparen.

quantencomputer einsatzgebiete

Geballte Rechenpower: Das Innenleben des Quantencomputers IBM Quantum System One. Bild: IBM

 

 

Ungeachtet dessen erwartet die Forschung vor allem folgende 6 Einsatzgebiete für Quantencomputer:

 

1. Logistik
Quantencomputer könnten helfen, begrenzte Ressourcen in der Logistik optimal zu verteilen: Verkehrsfluss und Transportwege, Netzwerkstrukturen von Telekommunikations-unternehmen oder die Verteilung von medizinischen Ressourcen für Krankenhäuser - hier sind verschiedene Anwendungs-Szenarien denkbar.


2. Künstliche Intelligenz und Machine Learning
Laut der Fraunhofer-Allianz Big Data und Künstliche Intelligenz könnten Quantencomputer künstliche Intelligenz und Machine Learning revolutionieren: "Verfahren der künstlichen Intelligenz und des Machine Learnings lassen sich für Quantencomputer so anpassen, dass sie mehrere Lösungswege gleichzeitig beschreiten können. Damit können Quantencomputer große Datenbestände in einem einzigen Schritt verarbeiten, Muster in den Daten aufspüren, die klassische Computer nicht entdecken und auch auf unvollständigen oder unsicheren Daten verlässliche Ergebnisse liefern."

3. Robotik
Das Beispiel von BMW ist nur ein Vorgeschmack auf das Potenzial von Quantencomputern für die Robotik. Nur ein weiteres Beispiel: Quantencomputing könnte die effizientesten Wege für Mitarbeiter oder Roboter (AGVs - Autonomous Guides Vehicles) für die Navigation durch ein Lager ermitteln.

4. Chemie, Pharmazie und Materialwissenschaft
Das Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies ist sich sicher: "Mithilfe der Simulation von Molekülen könnten in Zukunft beispielsweise gezielt Katalysatoren entwickelt werden, die chemische Produktionsverfahren effizienter machen. Chancen ähnlicher Größenordnung ergeben sich für die Pharmaindustrie." Und auch die Batterie-Forschung zählt zum Anwendungsbereich Quantencomputer basierter Simulationen - die Entwicklung neuartiger, leistungsfähigerer Batterien für Elektroautos.

5. Engineering
Sind Materialien mit bestimmten Eigenschaften gewünscht und ist dabei ein Abwägen zwischen Stabilität und Gewicht wichtig? - Ein Fall für Quantencomputer! Denn "die Eigenschaften jedes Materials hängen fundamental von seinen quantenmechanischen Bausteinen ab", erklärt das Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies.

6. Finanzen
Schnellere Finanzsimulationen und bessere Lösungen für die Portfoliooptimierung sind potenzielle Anwendungen, die Quantencomputer für die Finanzbranche interessant machen. Mit Quantencomputing und Machine Learning können auch Risikoanalysen schneller gelöst werden.

 

Quantencomputer: Wie ist die Lage in Deutschland?


Die Bundesregierung hat für den internationalen Wettlauf um das Quantencomputing insgesamt zwei Milliarden Euro für die Entwicklung von Quantencomputern freigegeben. Ziel sei es, innerhalb der nächsten fünf Jahre in Deutschland einen konkurrenzfähigen Quantencomputer zu bauen. Denn: Bislang gibt es in Deutschland noch keinen Quantencomputer, der komplett ohne Technologie aus dem Ausland gebaut wurde. Aktuell gelten die deutschen Mittelstands-Unternehmen Trumpf und Sick bei quantenoptischen Sensoren als führende Kompetenz-Träger.

 

Quelle Aufmacher-Bild: IBM