Report: Quantencomputing verlässt die Labore

Wenn über Quantencomputing diskutiert wird, kommt meist die Sorge zur Sprache, in näherer oder fernerer Zukunft könnten heute noch starke Verschlüsselungen in kurzer Zeit gebrochen werden. Doch der mögliche Missbrauch der Quantencomputer ist nur eine Seite einer Entwicklung, die in vielen Laboren vorangetrieben wird.

Tatsächlich hat Quantencomputing auch bereits erste Labore verlassen und steht als Cloud Service bei verschiedenen Providern zur Verfügung. Amazon Braket, der Quanten-Computing-Service von AWS, zum Beispiel soll es Kunden leichter machen, wissenschaftliche Forschung und Softwareentwicklung mit Quantencomputern durchzuführen. Dank solcher Services wird also die Zahl der Forschungs- und Entwicklungsprojekte steigen. Doch zeichnet sich bereits eine erste Nutzung zu kommerziellen Zwecken ab?

Quantencomputing nähert sich der Anwendung in Unternehmen

„Quantum hat sich von einem Bereich der akademischen Forschung zu einer Familie von Technologielösungen entwickelt, von denen einige beginnen, einen klaren kommerziellen Wert für Geschäftsanwender in anderen Branchen zu zeigen“, erklärt Wenmiao Yu, Mitbegründer von Quantum Dice.

Das Beratungshaus McKinsey betrachtete bereits 2021 potenzielle Anwendungsfälle in einigen Branchen, die laut Untersuchungen kurzfristig den größten Nutzen aus der Technologie ziehen könnten: Pharmazeutik, Chemie, Automobil und Finanzen. Insgesamt (und konservativ betrachtet) könnte der Wert zwischen etwa 300 und 700 Milliarden US-Dollar liegen, so die Prognose.

“Quantencomputing nähert sich einer Phase der Kommerzialisierung, die unsere Welt verändern könnte”, so auch IBM. Die Bereiche, die laut IBM durch Quantencomputing optimiert werden könnten, haben hohe Praxisrelevanz für Unternehmen: Telekommunikationsunternehmen modernisieren ihre Netzwerkinfrastruktur, Gesundheitsdienstleister optimieren die Behandlung ihrer Patienten, Finanzdienstleistungsunternehmen verbessern ihre Risikooptimierung, dies sind einige Beispiele dafür.

Das Analystenhaus GlobalData beschreibt beispielsweise konkrete Vorteile für die Öl- und Gasindustrie. Ravindra Puranik, Öl- und Gasanalyst bei GlobalData, kommentiert dies so: „Obwohl sich die Technologie noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befindet, sind ihre potenziellen Anwendungsfälle in der Öl- und Gasindustrie zahlreich und werden wahrscheinlich zunehmen. Es wurden mehrere vielversprechende Anwendungsbereiche identifiziert, und Öl- und Gas-Unternehmen arbeiten mit Technologieunternehmen zusammen, um ihre Forschung voranzutreiben. Ölkonzerne wie BP und ExxonMobil haben sich dem Q-Netzwerk von IBM angeschlossen, um Quantencomputer zu entwickeln, die das Verständnis der unterirdischen Geologie verbessern werden.“

Quantencomputer im Wettstreit mit Supercomputern

Quantencomputing stellt auch zunehmend seinen praktischen Nutzen für die Wirtschaft unter Beweis. Das zeigt ein Experiment, von dem IBM im Sommer 2023 berichtete: Eines der ultimativen Ziele des Quantencomputings ist die Simulation von Materialkomponenten, die klassische Computer nie effizient simuliert haben. Die Möglichkeit, diese zu modellieren, ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Bewältigung von Herausforderungen wie der Entwicklung effizienterer Düngemittel, dem Bau besserer Batterien und der Entwicklung neuer Medikamente. Heutige Quantensysteme sind jedoch von Natur aus verrauscht und erzeugen eine erhebliche Anzahl von Fehlern, die die Leistung beeinträchtigen. Dies liegt an der fragilen Natur von Quantenbits oder Qubits und Störungen durch ihre Umgebung, so IBM.

In einem Experiment zeigte ein IBM-Team, dass es einem Quantencomputer möglich ist, führende klassische Simulationen zu übertreffen, indem er lernt und Fehler im System abmildert. „Dies ist das erste Mal, dass wir Quantencomputer sehen, die ein physikalisches System in der Natur über die führenden klassischen Ansätze hinaus genau modellieren“, sagte Darío Gil, Senior Vice President und Direktor von IBM Research. „Für uns ist dieser Meilenstein ein bedeutender Schritt, um zu beweisen, dass die heutigen Quantencomputer leistungsfähige, wissenschaftliche Werkzeuge sind, mit denen sich Probleme modellieren lassen, die für klassische Systeme äußerst schwierig – und vielleicht sogar unmöglich – sind, und signalisieren, dass wir jetzt in eine neue Ära eintreten von Nutzen für das Quantencomputing.“

KI und Quantencomputing wirken zusammen

Eine andere technologische Entwicklung wird das Quantencomputing noch weiter beflügeln, Künstliche Intelligenz (KI): Die Integration von Hochleistungsrechnersystemen (HPC) mit künstlicher Intelligenz (KI) verändert die Industrie und läutet eine neue Ära der Innovation ein, so GlobalData. Bei dieser Fusion gehe es nicht nur um Geschwindigkeit, sondern auch um eine intelligentere, datengesteuerte Entscheidungsfindung. Während HPC vor Herausforderungen wie Komplexität und Energiebedarf steht, ist Quantencomputing bereit, effizientere Lösungen anzubieten und die Voraussetzungen für intelligentere Innovationen zu schaffen, meint GlobalData.

Kiran Raj, Practice Head of Disruptive Tech bei GlobalData, erklärt dazu: „Die Verschmelzung von HPC und KI verändert datenintensive Branchen wie Genomik und Astrophysik und verlagert den Fokus von reiner Geschwindigkeit hin zu intelligenteren, schnelleren Entscheidungen, die Innovationen beschleunigen.“ Dies ebne den Weg für cloudbasiertes HPC, das die nötige Skalierbarkeit und Effizienz bietet, um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden.

Das Disruptor Intelligence Center von GlobalData hebt Huaweis KI-gesteuerte Lösung für Öl und Gas, den Supercomputer von Mitsui und NVIDIA für die Arzneimittelforschung und IBMs Vela für breite KI-Anwendungen als die wichtigsten HPC-Fortschritte im Jahr 2023 hervor.

HPC biete eine immense Rechenleistung, die für die Weiterentwicklung KI-gesteuerter Branchentransformationen von entscheidender Bedeutung ist. Es stelle jedoch eine Herausforderung dar durch seine Komplexität, den erheblichen Energiebedarf, Sicherheitsbedenken und die Governance, insbesondere innerhalb cloudbasierter Frameworks.

Raj kommt zu dem Schluss: „Während Kosten und Infrastrukturanforderungen die breitere Akzeptanz in Unternehmen einschränken, ist das Potenzial des Quantencomputings bemerkenswert und bietet Aussichten für effizientere Computing-Lösungen.“ Es sei wichtig, die aktuelle Phase der Quantentechnologie als eine Phase der schnellen Entwicklung anzuerkennen, und deren Einsatzbereitschaft für Unternehmen wahrzunehmen.

So wichtig es also ist, sich auf neuartige Bedrohungen durch Quantencomputing einzustellen, so wichtig ist es auch, die möglichen Anwendungsfelder in Unternehmen schon jetzt in den Fokus zu nehmen. Durch die Verbindung von KI und Quantencomputing kommt nun eine neue Dynamik in die Entwicklung, die nicht unterschätzt werden sollte.