Handelsblatt - 02.09.2019

Industrieanwendungen

In kleinen

Schritten

D

eutsche Unternehmen müs-

sen sich oft den Vorwurf an-

hören, Innovationen zu ver-

schlafen. So entsteht ein Großteil

der Wertschöpfung mit KI-Anwen-

dungen und der Elektromobilität

bislang im Ausland. Aus den Feh-

lern der Vergangenheit scheinen die

Konzerne gelernt zu haben – zumin-

dest im Bereich der Quantencom-

puter. Autobauer wie Volkswagen

oder BMW und Start-ups wie Hei-

senberg Quantum Simulations

(HQS) sind bereits früh in das for-

schungsintensive Feld eingestiegen

• und einige können bereits erste
  Erfolge vermelden.
  VW zum Beispiel hat zwei Teams
  von Quantenwissenschaftlern in
  München und San Francisco, die
  mit Quantencomputern von Google
  und D-Wave arbeiten. Seit einigen
  Jahren forschen sie an quantenopti-
  mierten Modellen, die den Ver-
  kehrsfluss von Städten verbessern
  sollen. Ziel ist eine staufreie Routen-
  optimierung, auch zu Zeiten mit er-
  höhtem Verkehrsaufkommen. Die
  Modelle wurden bereits in Peking
  und Lissabon getestet und werden
  weiterentwickelt. „Wir werden ei-
  nen wichtigen Forschungsschwer-
  punkt, die quantenoptimierte Ver-
  kehrsführung, schon bald in Lissa-
  bon in die Erprobungs- und
  Praxisphase überführen“, sagte ein
  VW-Sprecher. Der Autobauer hält
  auf dieses Projekt mittlerweile auch
  Patente in den USA.

Optimierung von Batterien

Ein weiteres mögliches Anwen-

dungsfeld, das VW derzeit erprobt,

ist die Materialoptimierung für Bat-

terien von Elektrofahrzeugen. So

sollen in Zukunft Molekülflüsse mit-

hilfe von Quantencomputern simu-

liert werden können. Ziel sei ein

konfigurierbarer Bauplan für die

„Batterie nach Maß“. Hier arbeitet

Volkswagen als weltweit erstes Au-

tomobilunternehmen auch mit dem

Lawrence Berkeley National Labo-

ratory (USA) zusammen. Allerdings

dürfte es noch einige Jahre dauern,

bis industrienahe Anwendungen

möglich sein werden.

BMW nutzt Quantencomputer im

Rahmen eines Pilotprojekts, um die

Arbeitsschritte von Robotern in der

Fertigung zu optimieren. Es geht

vor allem darum, Erkenntnisse über

die Technologie zu gewinnen. Von

Produktivitätszuwächsen kann da-

her noch nicht die Rede sein.

In Karlsruhe entwickelt derweil

das Start-up HQS Algorithmen für

Quantencomputer, mit denen bio-

chemische Prozesse simuliert wer-

den können. Vor allem für die Phar-

mabranche sind solche Simulatio-

nen von großem Wert, da sie sich

materialintensive und teure Tests

sparen können. Im Juni dieses Jah-

res entschied sich daher der deut-

sche Pharmakonzern Merck für ei-

ne dreijährige Kooperation mit

HQS. Der Dax-Konzern und das

Start-up arbeiten nun Hand in Hand

an Anwendungen und der Kommer-

zialisierung von Software für Quan-

tenchemie, die auf künftigen Quan-

tencomputern laufen soll. Auf diese

Weise könnten beispielsweise für

die Krebstherapie Wechselwirkun-

gen verschiedener Wirkstoffe auf

Quantenebene optimiert werden.

Roman Tyborski

der IT bei der Berechnung von Algo-

rithmen für Verschlüsselung oder

Maschinenlernen, in der Chemie bei

der Entwicklung neuer Materialien

und Verfahren, in der Finanzwelt bei

der Kalkulation von Risiken.

„More than Moore“

Langfristig haben Quantencomputer

das Potenzial, große wissenschaftli-

che Probleme zu lösen. Forscher hof-

fen etwa, dass die Produktion von

Dünger deutlich effizienter werden

kann, wenn man einen neuen Kataly-

sator entwickelt – die Einsparungen

an CO 2 wären enorm. Nicht zuletzt

könnten die Geräte die Kryptografie

revolutionieren: Informatiker vermu-

ten, dass heutige Verschlüsselungs-

verfahren obsolet, dafür aber auch

neue, besonders sichere Algorithmen

möglich werden.

Quantencomputer bieten zudem

eine Alternative, wenn die herkömm-

liche IT an ihre physikalischen Gren-

zen stößt. Die Leiterbahnen heutiger

Prozessoren sind nur ein paar Atome

breit – viel kleiner geht es nicht. Da-

mit könnte das Moore’sche Gesetz,

das eine Verdopplung der Rechen-

leistung alle zwei Jahre postuliert,

auslaufen. Die IT-Branche arbeitet da-

her intensiv an Alternativen – eine

könnte der Quantencomputer sein.

„More than Moore“, lautet das

Schlagwort.

Die Theorie stellt niemand infrage,

aber ihre Umsetzung erweist sich als

schwierig. Quantencomputer müssen

auf extreme Tiefstwerte abgekühlt

werden, um überhaupt arbeiten zu

können. Die Zustände der Elementar-

teilchen sind nur für winzige Bruch-

teile von Sekunden stabil und ent-

sprechend schwer zu messen. Ein

ungelöstes Problem ist außerdem,

dass sich die Chips gegenseitig in die

Arbeit „reinreden“ und damit stören.

Dieses „Übersprechen“ genannte

Phänomen muss noch zuverlässig

verhindert werden.

„Quantencomputer werden auf ab-

sehbare Zeit viel mehr Fehler ma-

chen als klassische Computer“, be-

tont Wilhelm-Mauch. So habe die

Forschung noch viel weniger Erfah-

rung mit der Hardware, als es die

Halbleiterindustrie mit Computer-

chips hat. An der Reduzierung der

Fehlerquote arbeiten zwar Spezialis-

ten in aller Welt. Wann sie Erfolg ha-

ben werden, wagt der Physiker aber

nicht zu prognostizieren. Auch die

Schätzungen von Marktforschern

und Beratungen zur Umsatzentwick-

lung enthalten eine große Streuung.

An diesen ungewissen Aussichten

ändert auch das Experiment von

Google nichts. Wilhelm-Mauch hält

den Bericht zwar für plausibel: „Das

sieht echt aus.“ Der Internetkonzern

habe in den vergangenen Jahren kon-

tinuierlich darauf hingearbeitet, was

sich anhand von Publikationen und

Vorträgen nachvollziehen lasse. Aller-

dings sei Googles Anwendung sehr

akademisch und gezielt auf die Stär-

ken der neuen Rechnerkategorie hin

konzipiert worden.

In der exklusiven Runde der Quan-

tenforscher pflichten viele dieser

Meinung bei. Die Fortschritte von

Google seien „sicherlich ein Meilen-

stein“, sagt etwa James Clarke, Leiter

der Quantenforschung beim Chip-

spezialisten Intel. Dieser stehe aber

auf dem „ersten Kilometer eines Ma-

rathonlaufs“. Intel rechnet laut dem

Manager in „vielleicht zehn Jahren“

mit voll arbeitsfähigen Quantenrech-

nern, „die unser Leben verändern

werden“. Der Konzern selbst forscht

intensiv an der Technologie.

Vorausschauende Unternehmen

bereiten sich bereits auf den „Tag X“

vor, wenn Quantencomputer Alltag

werden. Volkswagen etwa hat mit

dem Hardwarehersteller D-Wave ein

Forschungsprojekt begonnen (siehe

Text rechts). Andere nutzen Simula-

toren in der Cloud, um sich mit der

Technologie vertraut zu machen –

auch so lässt sich ausprobieren, ob

die Technologie Prozessabläufe oder

Geschäftsmodelle verändern könnte.

„Auch wenn die kommerzielle Nut-

zung noch zehn Jahre entfernt ist,

sollten Manager sich nicht unvorbe-

reitet erwischen lassen, wenn es so

weit ist“, warnt Intel-Manager Clarke.

Ist Europa abgehängt?

Wenn es um Quantencomputer geht,

machen meist amerikanische Unter-

nehmen Schlagzeilen: Konzerne wie

Google und IBM und Start-ups wie

D-Wave und Rigetti. Auch der chine-

sische IT-Riese Alibaba arbeitet an

der Technologie. Europäische Ak-

teure sind dagegen öffentlich nicht

so präsent. Diese Wahrnehmung

nährt die Befürchtung, dass die

europäische Wirtschaft einen weite-

ren technologischen Trend ver-

passt.

Forscher in Europa hätten hervor-

ragende Grundlagenarbeit geleistet,

berichtet Wilhelm-Mauch, der sich

seit 20 Jahren mit Quantencompu-

tern beschäftigt – „die Amerikaner

haben aber fokussiert daran gear-

beitet, kommerzielle Anwendungen

zu entwickeln“. Das Geld stammte

zu einem guten Teil von der Regie-

rung. „Die öffentliche Förderung

hat private Investitionen nach sich

gezogen.“ So habe Google einen

Top-Forscher von einer Universität

samt mehreren Mitarbeitern abge-

worben.

Der US-Kongress hat gerade erst

über eine Milliarde Dollar für Quan-

tenforschung bewilligt, China soll

sogar mehr als zehn Milliarden Dol-

lar in die Zukunft des Computers

stecken. Da will Europa nicht nach-

stehen: Die Bundesregierung för-

dert Quantentechnik in dieser Legis-

laturperiode mit 650 Millionen

Euro, die EU stellt über zehn Jahre

eine Milliarde Euro bereit.

Das Rennen habe gerade erst be-

gonnen, sagt Wilhelm-Mauch. „Der

augenblickliche Vorsprung der

Amerikaner ist angesichts der Grö-

ße der Herausforderungen aufhol-

bar.“ In Anbetracht der hervorra-

genden Forschung habe Europa ei-

ne gute Chance, es entwickle sich

bereits ein Ökosystem. Der Physiker

selbst will mit dem Projekt „Open

Super Q“ einen Quantencomputer

entwickeln, der sich mit den Gerä-

ten aus Übersee messen kann.

Der Wissenschaftler führt ein po-

litisches Argument an: Die For-

schung helfe, die digitale Souveräni-

tät zu wahren. Die Technologie sei

am Anfang, daher sei es nötig, sie

möglichst tief zu verstehen – „das ist

mit kommerziellen amerikanischen

Plattformen schwierig“. Zudem gel-

te es, die Abhängigkeit von anderen

Ländern zu verringern. „Wir wissen

auch nicht, wie lange die Hardware

noch exportiert wird.“

Diese Woche

beschäftigen wir uns

mit dem Thema

Quantencomputer.

Die weiteren Beiträge

finden Sie unter

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digitalerevolution

Quantencomputer

„Q System One“:

Amerikanische Unter-

nehmen wie IBM for-

schen intensiv an der

Technologie.

650

MILLIONEN

Euro investiert die

Bundesregierung in

die Förderung von

Quantentechnologie.

Quelle: Bundesregierung

Das Innere eines Geräts:

Die Konstruktion soll den

Kern auf eine Temperatur

nahe dem absoluten Null-

punkt kühlen.

Science Photo Library

DIGITALE

REVOLUTION

Digitale Revolution

MITTWOCH, 2. OKTOBER 2019, NR. 190

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