Mit dem Quantencomputer den Herausforderungen der Zukunft begegnen

Quantencomputer haben das Potenzial, selbst die schnellsten Supercomputer zu übertreffen. Was lange Zeit nur Theorie war, steht nun vor dem kommerziellen Durchbruch. Analysten von Morgan Stanley prognostizieren, dass sich der Markt für High-End-Quantencomputer bis 2025 auf zehn Milliarden Dollar pro Jahr verdoppeln wird. Neben IBM und Google bauen auch der chinesische Internetriese Alibaba und Start-ups wie Novarion, Rigetti oder D-Wave an den Superrechnern. Was versprechen sich Industrie und Forschung von der Quantentechnologie und wann werden Quantencomputer nützlich?

Das Fraunhofer IAO untersucht im Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF Fragestellungen im Umfeld der Quanteninformatik, um die Technologie in Zukunft für die Industrie nutzbar zu machen.

Was können künftige Quantencomputer besser als klassische Rechner?

Kurz gesagt arbeiten Quantenrechner mit komplexen Überlagerungen von Bits, anstatt mit einfachen Folgen von Nullen und Einsen. Diese gänzlich neue Art der Datenverarbeitung ermöglicht eine bisher ungekannte Rechenleistung, abhörsichere Datenübertragung und quantenmechanische Fehlerkorrektur. So können Quantencomputer hochkomplexe Aufgaben lösen und in unzähligen Bereichen hilfreich sein: bei der Optimierung von Produktionsabläufen, der Entwicklung medizinischer Wirkstoffe oder in der Gastronomie bei der genauen Berechnung von Einkäufen.

Wofür benötigen wir diese besondere Rechenpower?

Quantencomputing bietet neue, effiziente Berechnungsverfahren für Aufgabenstellungen, denen der klassische Computer kaum gewachsen ist – selbst, wenn man Hochleistungsrechner benutzt. Dafür müssen wir zunächst jedoch verstehen, wie Quantencomputer funktionieren, damit wir lernen, die Möglichkeiten dieser Technologie zu nutzen und zu beherrschen. Und damit sollten wir jetzt anfangen. Denn an vielen Stellen, wo komplexe Algorithmen die klassische Computertechnik an ihre Grenzen bringen, kann Quantencomputing künftig in neue Dimensionen vorstoßen. Denkbar ist der Einsatz der Quantentechnologie für die exakte Vorhersage von Szenarien, bei denen vielschichtige und komplexe Daten eine Rolle spielen wie z.B. Wetter- und Klimaeinflüsse, Krankheitsverläufe oder Verkehrsströme und Mobilitätsdaten. In unseren Projekten begegnen uns vielfältige komplexe Algorithmen, denen wir künftig mit Quanten und Qubits auf die Sprünge helfen möchten.

Welche Expertise bringt das Fraunhofer IAO ein?

Ob Virtual Reality, E-Commerce oder Brain-Computer-Interfaces: Wir helfen dabei, neue Technologien frühzeitig zu erkennen, zu verstehen, deren Einsatz für unterschiedliche Anwendungsfälle zu untersuchen und in Zusammenarbeit mit Unternehmen schließlich umzusetzen. Quantencomputing stellt dabei eine ganz besondere Herausforderung dar, da es in Deutschland bisher nur wenige Expertinnen und Experten gibt, die sich mit den Anwendungsmöglichkeiten beschäftigen. Wir möchten uns mit diesen Pionieren nicht nur austauschen und vernetzen, sondern schon in dieser frühen Forschungsphase unsere Rolle als Experte und Vermittler wahrnehmen und die künftigen Anwender der Technologie miteinbeziehen, um die gemeinsame Forschung möglichst schnell und immer mit Blick auf den Menschen nutzbar zu machen und in die industrielle Anwendung zu bringen.