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Braucht mein Unternehmen Quanten-Computing?

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Sie schaffen in Millisekunden, wofür bisherige Rechner Jahre brauchen: Die Quantum-Computing Revolution kommt schneller als viele ahnen. Warum Unternehmen jetzt einsteigen müssen.

Nach der Künstlichen Intelligenz steht schon die nächste technische Revolution vor der Tür: Quantum-Computing übertrifft die bisherige Rechenleistung um Welten. Doch nur wenige Unternehmen scheinen die Chance zu ergreifen, bisher unlösbare Rechenaufgaben in wenigen Millisekunden zu lösen. Woran liegt das? Zwar berichten die Medien fast täglich von einem neuen Meilenstein auf dem Weg zum quantenmechanischen Supercomputer, doch stehen dabei meist die wissenschaftlichen Fragen im Fokus. Tatsächlich ist nicht leicht nachzuvollziehen, welchen Nutzen eine Maschine haben kann, die erst aufwendig auf minus 273°C heruntergekühlt werden muss, um dann einige tausendstel Sekunden zu rechnen, ehe das quantenmechanische Konstrukt sofort wieder kollabiert und außerdem nur „wahrscheinliche“ Ergebnisse liefert.

Nerdige Materie, großer Unternehmensnutzen

Zugegeben, Quantencomputer sind nicht einfach zu verstehen. Aufbau und Funktionsweise unterscheiden sich fundamental von den herkömmlichen Silizium-Rechnern. Anders als das Bit, die allgemein bekannte Recheneinheit, können Quantenbits, kurz: Qubits, nicht nur den Wert 0 oder 1 annehmen, sondern beliebige Zwischenwerte, und das zur selben Zeit. Sinnbildlich lässt sich das Phänomen gut mit dem Zustand einer Münze beschreiben: In der klassischen Bit-Welt liegt das Geldstück auf dem Tisch und zeigt entweder Kopf oder Zahl. In der Quanten-Welt rotiert die Münze hingegen in der Luft so schnell um sich selbst, dass beide Seiten gleichzeitig sichtbar sind. 

Unter Ausnutzung dieser „Superposition“ und weiterer quantenmechanischer Eigenschaften lassen sich Schaltkreise aufbauen, die hochkomplexe Rechenaufgaben in einem Bruchteil der bisherigen Zeit durchführen. Dabei potenziert sich die Kapazität mit jedem zusätzlichen Qubit. Ein Rechner mit 40 Qubits ist in der Lage, gängige Kryptoverfahren zu knacken, zum Beispiel die weit verbreitete asymmetrische RSA-Verschlüsselung. Um einen Quantencomputer mit 80 Qubits zu simulieren, wäre die komplette aktuell auf der Welt verteilte Rechenkraft nötig.

Auch wenn vieles nach Science-Fiction klingt: die neue Rechner-Ära kommt, und es bleibt nicht viel Zeit, sich darauf vorzubereiten. Schon in zwei bis drei Jahren sei mit 50- bis 100-Qubit-Computern zu rechnen, die Unternehmen wirtschaftlich einsetzen können, sagt Jan Wender, Experte für Quantum- und High-Performance-Computing beim IT-Unternehmen Atos. Diese könnten bereits Aufgaben jenseits der aktuellen Möglichkeiten lösen oder gängige Analysen drastisch verkürzen. „Große Player wie Airbus, Bosch, Daimler oder Siemens haben dafür längst eigene Abteilungen geschaffen“, erklärt Wender. Alle anderen Software-affinen Unternehmen müssten sich jetzt beeilen, wollten sie nicht ins Hintertreffen geraten.

Wo bleibt die Software?

In vielen Führungsetagen Europas herrscht noch die Meinung vor, Quantum-Computing sei etwas für Wissenschaftler und Nerds. Das könne auch daran liegen, dass sich die Forschung zu stark auf die physikalische Seite konzentriere, vermutet Jan Wender. Um die individuellen Nutzenpotenziale zu erschließen, brauche es neben Schnittstellen zu konventionellen Rechnern vor allem Software. „Viel wichtiger als die Frage nach der Verfügbarkeit des ersten Quantencomputers ist doch, was die Unternehmen konkret damit machen können und wie sie entsprechende Algorithmen programmieren“, sagt der Atos-Experte. Genau an diesem Punkt gelte es nun, Know-how aufzubauen und an konkreten Anwendungsfällen zu arbeiten.

Was einzelne Branchen vorhaben

Welche Anwendungen benötigen überhaupt eine exponenziell gesteigerte Rechenpower? Tatsächlich ist der Bedarf vorhanden: Logistik- und Mobilitätsanbieter wollen die ideale Route durch verschiedene Wegknoten finden. Der Einzelhandel möchte aus Millionen von Kombinationen die umsatzoptimale Warenanordnung im Supermarktregal ermitteln, die Finanzbranche sucht nach neuen Anlagestrategien nebst einer besseren Risikobewertung. Die Frage, wie sich Strom aus volatilen Quellen wie Wind und Sonne bedarfsgerecht verteilen lässt, motiviert die Energieerzeuger, in Quantum-Computing zu investieren. Und sobald Chemie- und Pharmaunternehmen hochkomplexe chemische Gleichungen lösen können, werden wir vielleicht CO2-absorbierende Substanzen und neue, noch wirkungsvollere Vakzine sehen. 

Welche Bedeutung Quantum-Computing für die künftige Medikamentenentwicklung hat, zeigt die Tatsache, dass Biontech-Vorstand Helmut Jeggle in den Aufsichtsrat des Startups IQM berufen wurde. IQM ist der europäische Marktführer für supraleitende Quantencomputer mit Hauptsitz im finnischen Espoo. Im Rahmen des Startup-Programms „Scaler“ arbeitet das Unternehmen auch mit Atos zusammen, um dessen künftiges Angebot gezielt zu erweitern.

Rechtzeitig an Algorithmen arbeiten

Wer den Unternehmenserfolg mit Quantenmechanik voranbringen möchte, braucht zunächst einen konkreten Anwendungsfall. Den Prozess von der Ermittlung bis zum Proof-of-Concept begleitet Atos mit Lehrgängen, Explorations-Workshops und konkreter Projektunterstützung. „Viele wissen nicht, dass sie die Software schon heute unabhängig von einem fertigen Quantencomputer entwickeln können“, so Atos-Experte Wender. Die später eingesetzten Algorithmen ließen sich schon heute erstellen und mithilfe von Simulatoren testen. 

Dafür bietet Atos seinen Kunden seit mittlerweile vier Jahren eine „Quantum Learning Machine“ (QLM). Die Atos QLM läuft im normalen Rechenzentrum und ist in der Lage, Systeme mit bis zu 40 Qubits zu simulieren. Mithilfe einer universellen Programmier-Umgebung lassen sich so Algorithmen realisieren, die später auf Quanten-Computern beliebiger Bauart laufen können. Das entsprechende myQLM Framework zum Testen von Anwendungen auf dem eigenen Computer stellt Atos kostenfrei zur Verfügung.

Jetzt ist die Zeit einzusteigen

Alle relevanten Unternehmen, die zu lange zögern, verpassten eine historische Chance, warnt Wender. „Sind die ersten Rechner einmal da, werden die Projekte schnell vergeben sein“, prognostiziert er. Firmen, die dann bereits fertige Algorithmen haben, werden sich frühzeitig einen Platz sichern und ihre Anwendung umgehend realisieren.

Ähnlich wie bei der Künstlichen Intelligenz vor rund sieben Jahren dürfte auch das Quantum-Computing zu weitreichenden Veränderungen führen. Unternehmen, die sich noch nicht mit dem bevorstehenden Paradigmenwechsel auseinandergesetzt haben, stehen jetzt vor der Wahl: der technischen Entwicklung und damit der Konkurrenz hinterherzulaufen oder rechtzeitig einzusteigen.

Atos ist ein weltweit führender Anbieter für die digitale Transformation mit über 110.000 Mitarbeitern in 73 Ländern und einem Jahresumsatz von mehr als 12 Milliarden Euro. Als europäischer Marktführer für Cloud, Cybersecurity und High Performance Computing bietet die Atos Gruppe ganzheitliche Lösungen für Orchestrated Hybrid Cloud, Big Data, Business-Anwendungen und Digital Workplace. Der Konzern ist der weltweite Informationstechnologie-Partner der Olympischen und Paralympischen Spiele und firmiert unter den Marken Atos, Atos|Syntel und Unify. Atos ist eine SE (Societas Europaea) und an der Pariser Börse als eine der 40 führenden französischen Aktiengesellschaften (CAC40) notiert. Das Ziel von Atos ist es, die Zukunft der Informationstechnologie mitzugestalten. Atos Fachwissen und Services fördern Wissensentwicklung, Bildung sowie Forschung in einer multikulturellen Welt und tragen zu wissenschaftlicher und technologischer Exzellenz bei. Weltweit ermöglicht die Atos Gruppe ihren Kunden und Mitarbeitern sowie der Gesellschaft insgesamt, in einem sicheren Informationsraum nachhaltig zu leben, zu arbeiten und sich zu entwickeln.