Quantencomputer für die Industrie: Wohin geht die Reise in Deutschland?

An kaum eine andere Technologie werden derzeit so hohe Erwartungen geknüpft wie an den Quantencomputer. Diese könnten mit ihrer enormen Rechenleistung die Materialforschung revolutionieren oder Bauteile in verschiedenen Branchen optimieren.

Der erste Quantencomputer von IBM in den USA steht ab 2021 in Deutschland. Dies ist ein wichtiger erster Schritt, um sich Zukunftstechnologien zu nähern und das Know-how in diesem Bereich auszubauen. Davon könnte die deutsche Industrie profitieren – aber wo stehen wir wirklich in Deutschland? Christian Reinwald, Leiter Produktmanagement und Marketing bei reichelt elektronik, bewertet die Situation wie folgt:

Was ist ein Quantencomputer?

Um die Vorteile eines Quantencomputers zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie er funktioniert. Dabei kann die Abgrenzung zu einem gewöhnlichen Computer helfen: Während letzterer auf klassische Bits zurückgreift, nutzt ein Quantencomputer wie ein Computer die Gesetze der Quantenmechanik. Bits kennen nur den Zustand 1 oder 0. Ein Quantencomputer arbeitet stattdessen mit Quantenbits. Ein Qubit (kurz für Quantenbits) ist die kleinste Rechen- und Informationseinheit, die ein Quantencomputer verwendet. Im Gegensatz zu Bits können in dieser Form wesentlich mehr Informationen gleichzeitig dargestellt und verarbeitet werden. Dadurch können enorme Datenmengen viel schneller verarbeitet werden – das hat großes Potenzial für die Industrie und kann zu einer Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen führen, die diese Technologie künftig nutzen wollen.

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Ein Praxisbeispiel aus der Automobilindustrie zeigt, wie bereits heute neuartige Computer getestet werden. Autohersteller verwenden viele Komponenten von Zulieferern und verlassen sich auf eine einwandfreie Lieferung. BMW testet den Quantencomputer des amerikanischen Unternehmens Honeywell ab 2021. In der aktuellen Testphase verfolgt BMW das Ziel, die Lieferkette in Echtzeit zu beobachten und die Produktionsgeschwindigkeit zu optimieren. Konkret geht es darum, zu bestimmen, welche Komponenten der Münchner Autobauer wann von welchem ​​Lieferanten einkauft, um niedrigere Gesamtbetriebskosten zu erzielen, muss der Computer die beste Option berücksichtigen.

Bei all den Tests auf dem Markt und auch in der Forschung besteht die größte Herausforderung derzeit darin, dass Qubits sehr störanfällig sind: Auslöser wie Umgebungsgeräusche, Vibrationen und Temperaturschwankungen können dazu führen, dass sie innerhalb von 100 Mikrosekunden ihre Quanteneigenschaften verlieren. Bevor ein Quantencomputer in ein herkömmliches Rechenzentrum einzieht, muss er fertig und die Umgebung entsprechend vorbereitet sein – Ansätze zur Fehlerkorrektur zu identifizieren, ist daher ein wichtiger Bestandteil von Forschungsteams.

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Potenzial für Deutschland

Dennoch ist sich die Bundesrepublik der Bedeutung dieser Technologie bewusst und hat unter Altkanzlerin Angela Merkel die Anschaffung des ersten Quantencomputers für Deutschland im Jahr 2021 vorangetrieben. Mit der Forschungsplattform »IBM Quantum System One« wurde im baden-württembergischen Ehningen ein Gemeinschaftsprojekt der Fraunhofer-Gesellschaft für anwendungsorientierte Forschung und IBM mit dem ersten von einem IT-Unternehmen entwickelten universellen Quantencomputer vorgestellt. Damit können Forscher aus Wirtschaft und Wissenschaft die Technologie testen. Auch Unternehmen können den Quantencomputer mit seinen 27 Qubits für eine monatliche Miete von 11.621 Euro testen. Und der Bund investiert weiter in Technik: Bis 2025 will er weitere zwei Milliarden Euro dafür ausgeben.

Hinzu kommt ein Netzwerk aus Hochschulen, Forschungsinstituten und Unternehmen – das sogenannte „Munich Quantum Valley“. Zentrales Ziel des europaweit einzigartigen Netzwerks ist es, innerhalb der nächsten fünf Jahre ein Zentrum für Quantencomputing und Quantentechnologien (ZQQ) aufzubauen. Das „Munich Quantum Valley“ soll nicht nur die Forschung in Deutschland unterstützen, sondern auch ein klares Signal an Experten der Quantentechnologie senden, dass Deutschland im internationalen Wettbewerb auf diesem Gebiet eine entscheidende Richtung einschlägt.

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Die diesjährige Verleihung des Nobelpreises an die Quantenphysiker Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger zeigt deutlich, welch hohes Ansehen die Quantentechnologie als Forschungsgebiet bereits heute weltweit genießt. Die Arbeit der Nobelpreisträger gilt als Grundlage einer neuen Ära auf diesem Gebiet.

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Eine Quantenansicht

Im Rahmen der europäischen Initiative werden sechs Quantencomputer in bestehende Supercomputer integriert, um ein flächendeckendes Netz in ganz Europa abzubilden – einer davon in Deutschland. Die neuen Quantencomputer werden voraussichtlich in der zweiten Hälfte des Jahres 2023 verfügbar sein. Diese Maschinen werden nur aus europäischer Hard- und Software bestehen und europäische Technologie verwenden, die durch EU-finanzierte Quanteninitiativen, nationale Forschungsprogramme und private Investitionen entwickelt wurde. Damit kommt Europa seinem Ziel einen Schritt näher, bis 2030 einer der Vorreiter der Quantenfähigkeiten zu werden. Bis Quantencomputer in großem Maßstab für die deutsche Industrie eingesetzt werden können, dürfte allerdings mehr als ein Quantensprung nötig sein.

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