Quantencomputer

Jetzt Zukunft wagen – Quantencomputing als Chance für Unternehmen: Mit ersten Schritten frühe Vorteile sichern

Expertinnen und Experten sind sich einig: Quantencomputing wird ein wichtiger Bestandteil für die digitalisierte Zukunft sein. [4] Was bedeuten die aktuellen Forschungsergebnisse für Unternehmen und sollte bereits jetzt investiert werden? Diesen Fragen gehen wir für Sie auf den Grund.

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Computer sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken, sie unterstützen und arbeiten für uns. Dennoch ist die digitale Transformation noch nicht abgeschlossen, die laufende Entwicklung von Innovationen und Geschäftsmodellen ist nahezu unbegrenzt. Quantencomputing ist die Avantgarde in dieser neuen Welt, in der Supercomputer und KI schon regieren. [6]

Die Anforderungen an herkömmliche Computing-Technologien steigen kontinuierlich und bringen diese an ihre Grenzen. Grund dafür ist beispielsweise die immer größer werdende Datenflut aufgrund der Digitalisierung. Hardware dafür kann einfach nicht mehr viel kleiner, leistungsfähiger, schneller und energieeffizienter gebaut werden. [6]

Hier verspricht Quantencomputing reliable Lösungen durch Computer, die in Zeit- und Leistungseffizienz alles Bisherige in den Schatten stellen, sogar Supercomputer erreichen in spezifischen Problembereichen nicht das Potential eines Quantencomputers. [6] Bereits heute können Quantencomputer genutzt werden: Wie auch in anderen Bereichen der IT ist hier die Cloud das Mittel der Wahl.

Unternehmen wie IBM und Google stellen Quantencomputing-Cloudlösungen zur Verfügung, so können auf Abruf die Möglichkeiten eines Quantencomputers ausprobiert werden. [2]

Branchen wie der Finanzsektor, die stark auf Computer angewiesen sind, könnten mit einer frühen Investition mittel- und langfristig umfassend profitieren und sich einen Wettbewerbsvorteil verschaffen. [5] Spätestens die plötzliche und teilweise erzwungene Digitalisierung mancher Arbeitsplätze während der letzten Jahre hat offengelegt, wer sich schon vorzeitig in der Zukunft bewegt, aber auch, wer es zu spät erkannt hat. [7]

Dennoch stellt sich für Unternehmen die Frage, ob eine Investition zum jetzigen Zeitpunkt schon Sinn macht, ob sich ein kommerzieller Trend etablieren wird oder das Thema zunächst in Forschungskreisen verharren wird. [1]

Um das zu bewerten, werden die aktuellen Chancen und Risiken aufgelistet, um eine individuelle Einschätzung zu erleichtern:

Durch die polynomiale Quanten-Technologie können Quantencomputer erwiesenermaßen deutlich größere Probleme lösen als herkömmliche Computer und sogar als Supercomputer. Problemlösungen werden dadurch optimiert und somit wiederum Ressourcen im Unternehmen gespart. [5]

Als Beispiel hierzu gab Google Ende 2019 bekannt, die Quantenüberlegenheit (engl. Quantum Supremacy) erreicht zu haben. Eine Rechenaufgabe, für die ein Supercomputer angeblich 10.000 Jahre gebraucht hätte, wurde mithilfe eines Quantencomputers in drei Minuten gelöst. [3] Der Begriff der Quantenüberlegenheit beschreibt diesen Zustand, wenn Quantencomputer nämlich die Leistung der bisherigen Supercomputer überholt haben. Quantenüberlegenheit besteht, wenn Supercomputer Aufgaben in keiner akzeptablen Zeit mehr lösen können, Quantencomputer hingegen schon. [5] IBM stellte sich jedoch gegen die Aussage von Google und schätzte die Bearbeitungszeit der Aufgabe mittels eines Supercomputers lediglich auf 2,5 Tage. [8] Nach der Gegenüberstellung dieser beiden Tech-Giganten wird deutlich, wie umkämpft das Erreichen der„Quantum Supremacy“ ist. Aber auch immer mehr Startups, zum Beispiel JoS QUANTUM, HQS, QBN, Quantum Brilliance oder classiq arbeiten an stets neuen Innovationen in der Branche.

Die Technologie der Quantencomputer steckt aktuell zwar noch in den Kinderschuhen, dies birgt aber auch großes Potenzial: Da es noch großen Entwicklungsbedarf gibt, bestehen sehr gute Chancen, bei der Zukunft des Next Generation Computings gestaltend mitzuwirken. Es sind Innovationen nötig, die dabei helfen, Quantencomputing zu kommerzialisieren und das technische Potenzial zu realisieren. Unternehmen können sich hier frühzeitig einen Platz im umkämpften Quantum-Business sichern. [1] Was es auf jeden Fall dafür braucht, sind qualifizierte Personen, die die Technologie verstehen, ihre Chancen bewerten können und Innovation für das eigene Unternehmen umsetzen können.

Auch die Cybersicherheit wird sich in Zukunft durch Quantencomputer verändern: Gängige Verschlüsselungsverfahren wie die RSA-Verschlüsselung könnten leicht zu neutralisieren sein. Gleichzeitig ermöglicht beispielsweise die Quantum-Key-Distribution eine neue, abhörsichere Kommunikation. Mithilfe der quanten-mechanischen Eigenschaften kann sofort ermittelt werden, ob ein Kommunikationsweg abgehört wird, z.B. bei einer Unterbrechung der Polarisation. [9]

Quantencomputing wird somit neue Standards der Cybersicherheit erforderlich machen, sobald ein hinreichend leistungsstarker Quantencomputer existiert. Dann werden die herkömmlichen Sicherheitsstrukturen nicht mehr zuverlässig sicher sein. Obwohl dieses Szenario noch in unbekannter Zukunft liegt, wird bereits heute an quantenresistenten Verschlüsselungsverfahren geforscht. [9]

Die potenziellen Anwendungsfelder für Quantencomputing sind breit gefächert, jedoch kristallisieren sich bereits erste Branchen heraus, für die eine solche Technologie besonders vielversprechend ist:

Speziell das Finanzwesen könnte profitieren: Es könnten komplexere Berechnungen mit mehr Parametern durchgeführt und so z.B. finanzielle Risiken minimiert werden. Bereits Millisekunden operativer Prozesse können den Gewinn beeinflussen. [5]

Aber auch für das Gesundheitswesen und die Pharmaindustrie werden große Vorteile prognostiziert. Insbesondere die präklinische Phase bei der Entwicklung neuer Medikamente soll durch die Beschleunigung der Computermodellierung molekularer Strukturen deutlich verkürzt werden. [4]

Der Chemieindustrie werden sich viele Anwendungsmöglichkeiten bieten, vor allem im Bereich der Computersimulation, da chemische Prozesse i.d.R. quantemechanische Vorgänge sind.[4]

Logistikunternehmen könnten Wege der effizientesten Navigation durch Quantencomputer deutlich genauer ermitteln und beispielsweise Leerfahrten oder Unfälle vermeiden. [4]

In ihrer Gesamtheit vermitteln diese Beispiele, wie Quantencomputing tatsächlich auch in kommerziellen Anwendungsfeldern die Zukunft maßgeblich verändern wird.

Der gewaltige Chancenreichtum dieser Technologie birgt auch Risiken. Die Marktreife für Quantencomputing ist, trotz bereits möglicher Anwendung, lange nicht erreicht. Es existiert noch keine Standardisierung der Programmierung oder der Algorithmen, Gremien arbeiten aktuell an Lösungen. [1] Über das Open-Source-Softwareentwicklungskit Qiskit lassen sich zwar bereits Quanten-Gate-Operationen, Impulse oder Algorithmen modifizieren, doch außer den bereits bekannten Quantenalgorithmen Shor bzw. Grover existiert bis dato noch kein etablierter Algorithmus. [9], [10]

Auch bei der Technik gibt es noch Entwicklungsbedarf. Aktuell arbeitet man mit verschiedenen Methoden, um beispielsweise Qubits zu erzeugen oder Quantencomputer funktionsfähig zu halten. Die meisten Unternehmen setzen zurzeit auf Transmon Qubit-basierte Systeme, die in den Millikelvin Bereich heruntergekühlt werden müssen. Noch ist unklar, ob sich hier evtl. eine neue Technologie etablieren wird. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass nicht jede technische Innovation durchsetzungsfähig ist.

Aus diesen Gründen ist eine Investition in Quantencomputing aktuell mit einem gewissen Risiko behaftet, da zukünftige Entwicklungen noch sehr ungewiss sind. [1]

Wie bei allen technologischen Innovationen wird auch beim Thema Quantencomputing ein früher Einstieg einen frühen Vorteil verschaffen: Wer seinem Unternehmen zum Quantensprung verhelfen möchte, benötigt qualifizierte Fachkräfte. Um das Potential der Quantencomputer für ein Unternehmen zu erkennen, ist ein Verständnis ihrer Funktion notwendig. In den meisten Unternehmen fehlen aktuell jedoch Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen, die in der Lage sind, sie zu programmieren und mit ihnen zu arbeiten. Neben IT-Expert*innen und Physiker*innen fehlt es also auch an Branchenexpert*innen. Bereits jetzt existiert ein Mangel an Fachkräften, der zeitnah behoben werden sollte. Hier besteht definitiv Handlungsbedarf, den richtigen Expert*innen-Mix bereits jetzt im Unternehmen zu schaffen und den Kompetenzaufbau voranzutreiben, um den Anschluss beim technischen Fortschritt nicht zu verpassen. [5]

Da sich die Anschaffung eines eigenen Quantencomputers in den meisten Fällen heute noch nicht amortisieren würde, bietet sich umso mehr die Nutzung der zur Verfügung gestellten Quanten-Cloud-Dienste von spezialisierten Unternehmen an. Hier können Unternehmen schon jetzt mit vergleichsweise kleinen Investitionen direkt den Sprung in die Zukunft wagen. [1]

Auch bei Fraunhofer können Sie u.a. ein IBM Q System One mit 27 supraleitenden Qubits in Ihren Forschungsprojekten mittels Monatstickets anwenden – nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.

  1. CTO: Selbstlernkurs

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