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Quantencomputer in vielen Branchen auf dem Vormarsch

von ‎25.02.2020 08:31 , bearbeitet ‎25.02.2020 08:34
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Quantencomputer werden in wenigen Jahrzehnten die Informationstechnologie revolutionieren. Dabei kristallisieren sich heute schon potenzielle Einsatzgebiete heraus. Erfahren Sie mehr über die Branchen!

 

Vielleicht haben auch Sie sich vor kurzem über die Nachricht gewundert, dass IBM den ersten Quantencomputer entwickelt hat? Das ist richtig und falsch zugleich. Der IT-Riese hat tatsächlich einen solchen Rechner hergestellt. Dabei handelt es sich jedoch keinesfalls um ein marktfähiges Gerät, sondern vielmehr um eine Spezialanfertigung. Darüber hinaus existieren bereits zahlreiche Quantencomputer im wissenschaftlichen Bereich. Und auch privatwirtschaftliche Unternehmen nutzen in zunehmendem Umfang diese neuartige Informationstechnologie für viele verschiedene Anwendungsbereiche. In jedem Fall bieten Quantencomputer neuen und etablierten Firmen die Chance, sich entscheidende Wettbewerbsvorteile durch Digitalisierung zu sichern.

 

Qubits – die besseren Bits

 

Haben Sie schon einmal den Ausdruck Qubits gehört? Dieser Begriff bezeichnet die Rechen- und Speichereinheiten von Quantencomputern. Im Gegensatz zu Bits können die cleveren Qubits nicht nur einen binären Status (Null oder Eins) einnehmen. Für eine begrenzte Dauer, die Kohärenzzeit, verweilen sie in einem Zwischenzustand. Diesen bezeichnen Physiker als Superposition. Nach der Kohärenzzeit erreichen die Qubits den Zustand Null oder Eins und verharren dauerhaft in diesem. Aus diesem Grund können sie dann wie konventionelle Bits gespeichert werden. Mehrere Qubits werden zu Quantenregistern zusammengestellt, um Berechnungen durchzuführen.

Sie fragen sich, welchen Vorteile die ganze Sache bringt? Während der Superposition können Quantencomputer besondere Rechenoperationen durchführen. Außerdem erfolgen die Berechnungen in wirklich atemberaubender Geschwindigkeit, und zwar wesentlich schneller als bei den heute verwendeten Supercomputern. Allerdings sind die Qubits komplizierte Wesen, die sich nicht immer so verhalten, wie gewünscht, und sich nur schwer kontrollieren lassen. Entsprechend stark wächst die Wahrscheinlichkeit von Fehlern mit der Anzahl der für Berechnungen eingesetzten Qubits.

 

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Große Hoffnungen und erste Anwendungen

 

Wissenschaftler unterschiedlicher Fachgebiete warten ungeduldig auf leistungsstarke und kostengünstige Quantencomputer, um anspruchsvolle Forschungsprojekte durchzuführen. Die Simulation von sich überlagernden Elektronensystemen oder Magnetfeldern stellen Beispiele für die geplanten Anwendungen dar.

Es wird Sie wahrscheinlich wenig wundern, dass zum großen und sehr heterogenen Kreis der Quantencomputer-Interessenten auch die üblichen Verdächtigen aus dem Silicon Valley gehören. Allen voran Alphabet und andere Internet-Giganten. Sie hoffen, mithilfe der neuen Computertechnologie Datenbanken effizienter zu analysieren. Diese Anwendung birgt auch Chancen für Finanzdienstleister wie Versicherungen und Banken, um ihre Datenbestände besser untersuchen und für die Konzeption neuer Produkte nutzen zu können.

 

Die Pharmabranche geht davon aus, dass Quantencomputer in beträchtlichem Umfang medizinische und biochemische Prozesse simulieren können. Diese Leistung impliziert ein großes Einsparpotenzial, weil sie zahlreiche kosten- und zeitintensive Versuchsreihen ersetzen kann. So entwickeln erste Unternehmen bereits Software, um die Wechselwirkungen verschiedener Medikamente auf diese Weise zu erforschen.

Auch Geheimdienste und Sicherheitsbehörden freuen sich auf die neue Computertechnologie: Quantencomputer könnten ihnen helfen, bislang sichere Verschlüsselungsverfahren zu knacken. Die neuen Quantencomputer sind nämlich in der Lage, große Zahlen in Primzahlen aufzugliedern – ein Verfahren, auf dem viele Verschlüsselungstechnologien basieren. Derzeit verwendete Supercomputer benötigen für die Zerlegung von hohen Zahlen mit mehreren hundert Stellen in Primzahlen über 100.000 Jahre – Fachleute erwarten, dass Quantencomputer das in wenigen Tagen schaffen.

Darüber hinaus eröffnen diese innovativen Computer viele Möglichkeiten im Bereich der künstlichen Intelligenz. Das gilt umso mehr, da viele KI-Anwendungen eine gewisse Fehlerwahrscheinlichkeit tolerieren können. Das Unsupervised Machine Learning kann zum Beispiel durch Quantencomputer unterstützt werden. Diese Art des maschinellen Lernens untersucht Strukturen und Zusammenhänge in Rohdaten. Mit Quantenalgorithmen lassen sich diese Prozesse wesentlich beschleunigen.

 

Deutsche Pioniere

 

Bestimmt freut es Sie zu erfahren, dass die deutschen Automobilbauer nicht immer so spät dran sind wie beim Umstieg auf Elektromobilität. Der VW-Konzern und BMW haben frühzeitig erkannt, welche entscheidende Rolle die Quantenwissenschaft spielt. So untersuchen beispielsweise VW-Teams, wie sich Quantencomputer für die Optimierung von Verkehrsströmen in Großstädten einsetzen lassen. Konkret geht es dabei um eine intelligente Routenplanung, die eines Tages in Navis sowohl in konventionellen als auch in selbstfahrenden Fahrzeugen verwendet werden könnte. Genauso erprobt der Wolfsburger Autobauer die Möglichkeit, das Material von Elektrobatterien durch Quantencomputer zu bessern. Diese Rechner können Molekülbewegungen simulieren und damit wichtige Hinweise über Materialstrukturen und deren Veränderungen liefern. BMW versucht, mit Quantencomputern die Arbeitsabläufe von Fertigungsrobotern noch effizienter zu gestalten. Verschiedene Start-ups mit Sitz in Deutschland beschäftigen sich mit den Chancen der Quanten-Informationstechnologie. Das Karlsruher Unternehmen HQS Qantum Simulations entwirft zum Beispiel Software für Simulationen auf Quantencomputern, um neue Materialien für die Pharma- und Chemieindustrie zu entwickeln.

 

Fazit:

  • Quantencomputer führen Rechenoperationen deutlich schneller durch als konventionelle Supercomputer. Außerdem können Sie andersartige Rechenaufgaben lösen, da sie nicht an ein binäres System gebunden sind
  • Es existiert eine Vielzahl von Anwendung für Quantencomputer, insbesondere in den Bereichen Prozessoptimierung und -steuerung, Simulation, künstliche Intelligenz sowie Kryptografie
  • Schon heute entwickeln Konzerne aus verschiedenen Branchen Nutzungsmöglichkeiten für Quantencomputer. Dazu gehören Automobilbauer, Internetdienstleister und Lifescience-Unternehmen

 

Haben Sie sich schon mit dem Phänomen der Quantencomputer beschäftigt? Wie schätzen Sie die Folgen für die unterschiedlichen Branchen ein? Diskutieren Sie mit uns und unseren Lesern.