Quantencomputing
Anlauf zum Quantensprung mit dem Fraunhofer IKS

Quantencomputing (QC) hat das Planungsstadium hinter sich gelassen. 97 Prozent der weltweit befragten Unternehmen einer Accenture-Umfrage in 2021 erwarten, dass QC für sie ein ähnlich hohes Wachstum generieren wird, wie sie es bereits durch Künstliche Intelligenz (KI) erfahren haben. Obwohl das Potenzial von Quantencomputing also groß ist, stehen Quantencomputer noch vor einer Reihe von Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf die Skalierbarkeit und die Fehlerkorrektur. Dennoch können Firmen bereits jetzt Schritte unternehmen, um sich auf die Anwendungsmöglichkeiten von QC vorzubereiten und für die Zukunft besser gerüstet zu sein.

QC ist jedoch kein einfaches Thema, sondern erfordert Fachwissen aus der Physik, Informatik und anwendungsspezifischen Disziplinen. Das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS forscht in verschiedenen Projekten daran, die Anwendung mit der Technologie zu verbinden und gemeinsam mit Industriepartnern das Potenzial von QC zu realisieren.

Individuelle Workshops für Unternehmen

Doch welche Möglichkeiten bietet QC bereits jetzt und wie kann man diese perspektivisch in rentable Geschäftsmodelle transformieren? Diese und weitere Fragen beantwortet das Fraunhofer IKS in einem Quantencomputing-Workshop. Vier auch einzeln verfügbare Module – Einführung, Ideation-Phase, Konkretisieren eines Anwendungsfalls und prototypische Implementierung – werden von Expertinnen und Experten des Instituts angeleitet und können an die Bedürfnisse und Wünsche des Unternehmens angepasst werden.

Es werden keine spezifischen Vorkenntnisse benötigt, da das erste Modul relevante Informationen über den Einsatz von QC vermittelt, ohne sich in mathematischen Einzelheiten zu verlieren. Dadurch erhalten die Teilnehmenden einen fundierten, aber an den Anwendungen ausgerichteten Überblick. Einen detaillierteren Einstieg in die möglichen Anwendungen von QC strebt das zweite Modul an. Als Ideation-Phase bietet es die Möglichkeit, in Kleingruppen Potenziale und Einsatzmöglichkeiten in der eigenen Branche oder im eigenen Unternehmen zu diskutieren.

Das dritte Modul konkretisiert einen oder mehrere solcher Anwendungsfälle, präzisiert dabei Ziel und Nutzen des QC-Ansatzes. Dabei beantworten die Workshop-Teilnehmerinnen und -teilnehmer mit Unterstützung der IKS-Fachleute aus unternehmerischer Sicht die Frage, was den Anwendungsfall ausmacht, wer davon profitiert und wie viel Wert kurz-, mittel- und langfristig durch den so erreichten Wettbewerbsvorteil generiert werden kann. Optional kann dann für das vierte Modul eine prototypische Implementierung vom Fraunhofer IKS vorgenommen werden. Diese kann in einem Tutorial vermittelt werden und ermöglicht einen anwendungsspezifischen und auf das Unternehmen zugeschnittenen Einstieg in die QC-Thematik.

Kleinere und größere Gruppen (5-15 Personen) erhalten so ohne technische Hürden einen Einblick in die Grundlagen, Möglichkeiten und Herausforderungen des QC mit Fokus auf die konkrete Anwendung. Das Fraunhofer IKS kann alle Workshop-Module individuell anpassen, um z. B. ein besonderes Interesse an spezifischen Themen und den Hintergrund der Teilnehmenden zu berücksichtigen.

Verantwortlich für die Durchführung der Workshops ist PD Dr. habil. Jeanette Miriam Lorenz, Abteilungsleiterin Quantum-enhanced AI am Fraunhofer IKS, die auch konkret zu anwendungsorientierten Themen im Rahmen des neuen Studiengangs »Quantum Science & Technology« an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) lehrt. Doch QC ist nicht nur für Universitäten interessant, Unternehmen können bereits jetzt Ideen und Möglichkeiten für Innovationen generieren und komplexe Probleme angehen. Doch welche Branchen profitieren am meisten davon?

Großes Potenzial für verschiedene Bereiche

Quantencomputer haben das Potenzial, die Datenverarbeitung in einer Reihe von Bereichen zu revolutionieren. So sind sie beispielsweise in der Lage, komplexe chemische Reaktionen und Moleküle schneller und präziser zu simulieren als klassische Computer. Sie können auch dazu beitragen, die Entwicklung von neuen Medikamenten zu beschleunigen und zu verbessern. Auch in anderen Bereichen im Medizinsektor gibt es Potenziale, etwa bei der Unterstützung von medizinischem Fachpersonal bei der Diagnose anhand von Bilddaten (z. B. CT-Scans) – klassische Algorithmen scheitern bislang oft an der unzureichenden Datenmenge.

In Logistik und Industrie 4.0 könnten Quantencomputer dabei helfen, komplexe Optimierungsprobleme wie die Reihenfolge von Produktionsprozessen oder die Routen von Lieferfahrzeugen zu lösen (das »Problem der Handlungsreisenden«). Im Finanzsektor lässt sich QC einsetzen, um attraktive Investment-Portfolios unter Berücksichtigung von wechselseitigen Abhängigkeiten zusammenzustellen oder Betrugsindikatoren besser zu erkennen.

Ganz allgemein erkunden WissenschaftlerInnen auf der ganzen Welt derzeit, wie QC der klassischen künstlichen Intelligenz unterstützend beistehen kann. So können potenziell Berechnungen kürzer und präziser gemacht werden, was die Verarbeitung und Analyse von »Big Data« vereinfacht.

Insgesamt bietet Quantencomputing ein enormes Potenzial, um Probleme zu lösen, die für klassische Computer unüberwindbar sind. Quantencomputing muss sich dazu zwar noch weiterentwickeln und einige Herausforderungen bewältigen. Doch eines ist sicher: Die Zukunft des QC ist vielversprechend und wird die Art und Weise, wie wir Informationen verarbeiten und Probleme angehen, nachhaltig verändern und die technischen Möglichkeiten in der Datenverarbeitung erweitern. Denn die Frage ist nicht, ob, sondern wann Quantencomputer die Welt revolutionieren werden.