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Der Weg zum Quantencomputer ist ein Marathon, kein Sprint

Foto: Getty Images

Im aktuellen Hype um Quantencomputer wird gerne vergessen, dass die Technologie noch weit vom alltäglichen, praktischen Einsatz entfernt ist. Welche Fragen sind noch offen? Und warum ist es trotzdem wichtig, sich jetzt schon mit dem Thema zu beschäftigen?

Von Dr. Marcel Quennet

Es klingt fast zu schön, um wahr zu sein: Man fährt einen Quantencomputer hoch, füttert ihn mit jeder Menge Daten und Aufgaben – und schon wenige Augenblicke später spuckt das Hightech-Superhirn Ergebnisse aus, für die selbst die heutigen Hochleistungscomputer oft noch Stunden, Tage oder gar Wochen an Rechenzeit benötigen. Kaum eine Zeitung oder ein Nachrichtenportal, die in diesen Tagen nicht über die wundersamen Versprechen der Quantencomputer berichten. Der Einsatz der Technologie scheint das nächste große Ding zu sein, von einer echten Revolution ist die Rede, die Bundesregierung verspricht Milliarden an Fördergeldern und in der Finanzpresse wird gerne von einer „Megachance für Anleger“ gejubelt.

Im aktuellen Hype um Quantencomputer wird gerne vergessen, dass die Technologie noch weit vom alltäglichen, praktischen Einsatz entfernt ist – auch wenn Forschung und Entwicklung in den vergangenen Jahren riesige Fortschritte in diesem Bereich erzielt haben. Potenzielle Anwendungsfelder für Quantencomputer gibt es jedenfalls genug: So können etwa chemische oder pharmazeutische Simulationen signifikant beschleunigt werden. Langfristig wäre mit Quantencomputern auch eine Abschätzung der Potenziale von neuen Medikamenten oder Impfstoffen deutlich präziser und schneller als heute üblich denkbar. Von einem heutigen Einsatz bei der Suche nach neuen Impfstoffen, zum Beispiel gegen Covid-19, sind aktuelle Quantencomputer allerdings noch weit entfernt.

Gänzlich neue Materialien, etwa für den Einsatz bei der Automobilproduktion, könnten dank der Quantentechnologie schneller und kostengünstiger als bislang möglich entwickelt werden. So wäre etwa ein weiterer, technologischer Sprung auf lange Sicht im Bereich der Batterie- und Brennstoffzellenforschung denkbar; ein besseres, durch Quantencomputer berechnetes Materialdesign würde höhere Leistungs- und Energiedichten ermöglichen. Und auch für Banken und Finanzdienstleister dürften Quantencomputer äußerst interessant sein: Hochkomplexe finanzmathematische Berechnungen wären künftig in Echtzeit machbar.

Warten auf die Qubits

Der Grund dafür, dass wir auf einen echten Durchbruch mit Quantencomputern wohl noch einige Zeit warten müssen, liegt etwa in den neuartigen Quantenbits – kurz „Qubits“ – begründet. Ein Qubit ist im Grunde das Pendant zu einem klassischen Bit in einem herkömmlichen Computer – nur um einen enormen Faktor leistungsfähiger. Damit sind komplexe Rechenoperationen in Sekundenbruchteilen möglich, für die man auf klassischen Computerchips mitunter Stunden oder Tage benötigen würde.

Vor einiger Zeit ist es Entwickler·innen von Google gelungen, atemberaubende Rechenergebnisse auf einem Quantencomputer mit nur einigen Dutzend Qubits zu generieren. Für alltägliche Anwendungen in der Industrie und Wissenschaft sind einige Dutzend Qubits allerdings oft noch zu wenig. Zumal diese Qubits sehr fragil sind. Die Quantensysteme sind Stand heute noch fehlerbehaftet. Hier liegt auch eines der Hauptprobleme bei Quantencomputern. Um praxistaugliche Anwendungen auf Quantencomputern ausführen zu können, benötigt man hunderte, vielleicht auch tausende von fehlerkorrigierten Qubits, damit am Ende zuverlässige und präzise Ergebnisse geliefert werden können.

Um die lange Entwicklungszeit zu überbrücken, werden bereits heute erste Versuche auf den bereits vorhandenen, fehlerbehafteten Quantencomputern – so genannte noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers – durchgeführt, um die neuartige Technologie zu testen. In diesem Feld ist noch etliches an wissenschaftlicher Arbeit erforderlich, bis praxistaugliche Quantencomputersysteme auf den Markt kommen, die dann auch bezahlbar und bedienbar sein müssen.

Ohne geschulte Anwender·innen bringt das beste System nichts

Hinter dem unscheinbaren Wort „bedienbar“ steckt eine weitere Herausforderung: Mit herkömmlicher Software wird sich ein Quantencomputer kaum sinnvoll bedienen lassen. Schon heute ist absehbar: Neue Softwarekonzepte und eine vollkommen neue Denkweise bei Entwickler·innen sind nötig, um die Quantentechnologie überhaupt anwenden zu können. Ohne entsprechend geschulte Anwender·innen, idealerweise mit naturwissenschaftlichem Background, wird auch der schnellste Rechner der Welt nutzlos sein.

Keine Frage, die Quantentechnologie hat das Potenzial, ganze Wirtschaftszweige oder Teile davon zu revolutionieren. Noch liegt allerdings ein weiter Weg vor uns, bis der Quantencomputer in den Alltag insbesondere von Forschung und Wissenschaft, aber auch in die Forschungsabteilungen in Branchen wie Finanzen, Pharma, Chemie oder Energie Einzug halten wird. Und auch wenn es noch einige Jahre dauern dürfte, bis die Alltagstauglichkeit von Quantencomputern erreicht ist, sollten sich Unternehmen schon heute damit beschäftigen, wenn sie bei der nächsten industriellen Revolution nicht das Nachsehen haben wollen.

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Zum Autor: Dr. Marcel Quennet ist Gründer und Geschäftsführer von Quantum on Demand. Das Unternehmen mit Sitz in Berlin ist auf Simulationen für die chemische und pharmazeutische Industrie spezialisiert – und experimentiert seit Jahren auch mit dem Einsatz von Quantentechnologie für die eigenen Anwendungen und Berechnungen.

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Welche Berührungspunkte habt Ihr schon mit Quantencomputern gehabt? Wird das Thema Eure Arbeit in Zukunft beeinflussen? Diskutiert mit in den Kommentaren.

Der Text ist Teil unseres Schwerpunkts zum Thema Quantum Computing. Die Technologie birgt viele Chancen, wie wir aus Europa heraus neue Unternehmen und Arbeitsplätze schaffen können. Deshalb haben wir es hier aufgegriffen. Alle Beiträge dazu findet Ihr hier:

Journalistin Melina Merten: Konservativ? Progressiv? Links? Rechts? Warum Quantencomputing das Ende des Binären einleitet – auch in unserem Denken

XING Insider Hansjörg Leichsenring: Rekord bei Investitionen in Quanten-Computing

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Dies ist das Format der XING Redaktion, das sich mit den entscheidenden Fragen der Zukunft beschäftigt. In Video-Interviews, Gastbeiträgen, Interviews und Podcasts geben wir hier Expert·innen und Vordenker·innen, Wissenschaftler·innen und Influencer·innen ein Forum für ihre Lösungsansätze, wie eine gelungene Zukunft zum Wohle aller gelingen kann. Nicht nur die Corona-Krise zeigt: Wir leben in einer volatilen, sich schnell verändernden Welt, die von uns eine neue Qualität der Anpassungsfähigkeit verlangt. Der Schwerpunkt von Zukunft.machen. liegt auf der Arbeits- und Wirtschaftswelt von morgen - die heute schon begonnen hat.
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