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Gibt es Quantencomputing wirklich? Nun, vielleicht und vielleicht auch nicht.
Das Quantencomputing ist ein Bereich der Informatik, der die Gesetze der Quantenmechanik nutzt, um Unternehmen bei der Lösung komplexer Probleme zu helfen, die mit herkömmlichen Hochleistungscomputern nicht zu bewältigen sind. Die Quantenmechanik ist die Theorie der physikalischen Eigenschaften und Wechselwirkungen auf atomarer und subatomarer Ebene.
Ziel ist es, die Quantentheorien anzuwenden, um das Rechnen auf zentraler Ebene zu verbessern, so dass Computer riesige Datenmengen in wahnsinniger Geschwindigkeit verarbeiten, vergleichen, ordnen und gegenüberstellen können. Bei richtiger Anwendung könnte ein Quantencomputer mehrere mögliche Ergebnisse für einen komplexen Datensatz vergleichen und innerhalb eines Sekundenbruchteils das beste Ergebnis ermitteln.
Da die Entwicklung jedoch noch in den Kinderschuhen steckt, sind die Anwendungsfälle noch hypothetisch und experimentell. Prognosen deuten jedoch darauf hin, dass das Quantencomputing zahlreiche Branchen verändern und bis 2040 einen jährlichen Wert von 850 Milliarden Dollar schaffen wird.
Laut McKinsey & Co. sind die Fortschritte im Quantencomputing “ein deutlicher Hinweis darauf, dass sich die Technologie rasch in Richtung Marktreife entwickelt”.
Vorteile und Nachteile des Quantencomputings
Der Hauptvorteil des Quantencomputers besteht darin, dass es sich um Computer handelt, die Berechnungen 158 Millionen Mal schneller durchführen können als die schnellsten Supercomputer von heute. Quantencomputer sind so leistungsfähig, dass sie in vier Minuten schaffen, wofür herkömmliche Supercomputer 10.000 Jahre brauchen würden.
Darüber hinaus sind Quantencomputer in der Lage, komplexere Probleme zu lösen als herkömmliche Computer – und sogar Supercomputer – und sie können hochkomplexe Simulationen durchführen. Ein australisches Unternehmen hat eine Software entwickelt, die nach eigenen Angaben die Leistung von Quantencomputern um bis zu 2 500 % steigern kann.
Einer der Nachteile von Quantencomputern ist jedoch, dass sie extrem fehleranfällig sind. Daher investieren die Unternehmen viel Talent und Geld in die Entwicklung von Computern, die ihre eigenen Fehler erkennen und korrigieren können. Obwohl es auf diesem Gebiet einige große Fortschritte gegeben hat, werden Quantenfehler wahrscheinlich immer vorhanden sein.
Im vergangenen Jahr meldete ein japanisches Forschungszentrum einen Durchbruch im Quantencomputing, der “die Fehlerkorrektur in Quantensystemen verbessern und möglicherweise groß angelegte Quantencomputer möglich machen könnte”, so McKinsey.
Doch selbst bei hochpräzisen Quantencomputern wird die Überprüfung der Endergebnisse mit klassischen Computern notwendig bleiben. Es gibt einen wesentlichen Unterschied zwischen Quantencomputern und klassischen Computern: Während bei klassischen Computern Nullen und Einsen verwendet werden, um Datensätze darzustellen, verwenden Quantencomputer Qubits. Im Gegensatz zu Einsen und Nullen, die auf der Grundlage einer einzigen Eigenschaft funktionieren, sind Qubits multifunktional und können gleichzeitig ein- und ausgeschaltet sein, um neue Formen von Daten darzustellen.
Da sich das Tempo der Durchbrüche beschleunigt, investieren immer mehr Unternehmen in die Quanteninformatik und immer mehr Start-ups konzentrieren sich auf diese Technologie. Darüber hinaus haben große Technologieunternehmen wie Amazon, Google, IBM, Microsoft und Alibaba laut McKinsey bereits kommerzielle Cloud-Dienste für Quantencomputer eingeführt.
Branchen, die die frühesten Anwendungsfälle realisieren könnten
Laut McKinsey könnten diese vier Branchen kurzfristig vom Quantencomputing profitieren: Pharmazeutik, Chemie, Automobil und Finanzen. Allerdings fügte McKinsey hinzu, dass “einige Experten darauf hinweisen, dass noch nicht genug Zeit und Ressourcen in die Entwicklung von Anwendungsfällen investiert wurden, um zuverlässig sagen zu können, welche Anwendungsfälle mehr oder weniger realisierbar sind”.
1. Pharmazeutika
Das Quantencomputing könnte die “Erforschung und Entwicklung molekularer Strukturen in der biopharmazeutischen Industrie” völlig verändern und das Produktionstempo erhöhen. So kostet es beispielsweise im Durchschnitt 2 Milliarden Dollar und dauert mehr als 10 Jahre, bis neue Medikamente auf den Markt kommen. Das Quantencomputing könnte jedoch die Forschung und Entwicklung erheblich beschleunigen, indem es “Zielidentifizierung, Medikamentenentwicklung und Toxizitätstests” weniger von Versuch und Irrtum abhängig macht.
Je schneller Medikamente auf den Markt kommen, desto schneller können sie zu den Patienten gelangen, die sie brauchen, und deren Lebensqualität verbessern. “Produktion, Logistik und Lieferketten könnten ebenfalls vom Quantencomputing profitieren”, so McKinsey.
Obwohl es nicht einfach ist, vorherzusagen, wie viel Umsatz der Einsatz von Quantencomputing in der Pharmazie bringen könnte, schätzt McKinsey, dass in einer 1,5-Billionen-Dollar-Branche eine Steigerung von 1 bis 5 % zu einem zusätzlichen Umsatz von 15 bis 75 Milliarden Dollar führen würde.
2. Chemie
Unternehmen der chemischen Industrie können das Quantencomputing zur Verbesserung von F&E und Produktion nutzen. Sie können die Produktion vorantreiben, um Katalysatoren zu verbessern, also Substanzen, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen erhöhen.
Neue und verbesserte Katalysatoren könnten Unternehmen beispielsweise dabei helfen, ihre Energiekosten für bestehende Produktionsprozesse zu senken – ein einziger Katalysator kann die Effizienz um 15 % steigern. “Innovative Katalysatoren können den Ersatz von Petrochemikalien durch nachhaltigere Rohstoffe oder den Abbau von Kohlenstoff zur CO2-Nutzung ermöglichen”, so McKinsey.
Und in einer Branche, die jährlich 800 Milliarden Dollar für die Produktion ausgibt (wovon die Hälfte vom Einsatz von Katalysatoren abhängt), würde ein nur um 5 bis 10 % effizienterer Produktionsprozess laut McKinsey zu 20 bis 40 Milliarden Dollar zusätzlichen Einnahmen führen.
3. Automobilindustrie
Das Quantencomputing kann der Automobilindustrie helfen, Forschung und Entwicklung, Produktdesign, Produktion, Mobilität, Verkehrsmanagement und die Lieferkette zu verbessern (Lesen Sie auch: Mit dem Auto in die Zukunft).
Automobilunternehmen könnten die Technologie beispielsweise einsetzen, um die Kosten im Zusammenhang mit dem Fertigungsprozess zu senken und die Zykluszeiten zu verkürzen, indem sie beispielsweise den Weg optimieren, den ein Roboter zur Erledigung einer Aufgabe zurücklegt (z. B. Lackieren, Kleben und Schweißen).
In einer Branche, die jährlich 500 Milliarden Dollar für die Fertigung ausgibt, würde eine Produktivitätssteigerung von nur 2 % zu zusätzlichen Einnahmen von 10 bis 25 Milliarden Dollar führen.
4. Finanzen
In der Finanzbranche sind die Vorteile möglicher kurzfristiger Anwendungsfälle laut McKinsey noch etwas theoretisch, aber die Anwendungsfälle, die vom Quantencomputing profitieren würden, liegen im Portfolio- und Risikomanagement.
So könnte das Quantencomputing den Finanzinstituten dabei helfen, ihre Kreditportfolios zu verbessern, die sich auf Sicherheiten konzentrieren, so dass die Kreditgeber ihre Angebote verbessern, möglicherweise die Zinssätze senken und Kapital freisetzen könnten.
McKinsey merkte an, dass es noch zu früh, um nicht zu sagen zu kompliziert sei, den Wert des Einsatzes von Quantencomputing zur Unterstützung von Finanzinstituten bei der besseren Verwaltung ihrer Sicherheiten abzuschätzen; “aber ab 2021 beläuft sich der globale Kreditmarkt auf 6,9 Billionen Dollar, was auf einen erheblichen potenziellen Einfluss der Quantenoptimierung schließen lässt.”
Schlussfolgerung
Quantencomputer werden wahrscheinlich bis etwa 2030 zusammen mit herkömmlichen Hochleistungsrechnern eingesetzt werden. “Zum Beispiel können konventionelle Hochleistungsrechner von quanteninspirierten Algorithmen profitieren”, so McKinsey.
Danach wird es an privaten Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen liegen, ihre Arbeit fortzusetzen, um die Quanten-Hardware zu verbessern und mehr und komplexere Anwendungsfälle zu ermöglichen.
“Sechs Schlüsselfaktoren – Finanzierung, Zugänglichkeit, Standardisierung, Industriekonsortien, Talent und digitale Infrastruktur – werden den Weg der Technologie zur Kommerzialisierung bestimmen”, so McKinsey.
