Quantencomputer jetzt auf dem Technologieradar haben

Quantencomputer jetzt auf dem Technologieradar haben

Oft wird er als Wunderrechner der Zukunft betitelt: der Quantencomputer. Dabei befindet sich die Forschung erst am Anfang. Was steckt hinter der Technologie und wieso ist es bereits jetzt für Unternehmen wichtig, sich mit Quantencomputern zu beschäftigen? Darüber klären wir im ersten Teil unserer Blogreihe auf!

Alle zwei Jahre verdoppelt sich die Rechenleistung von Computern. Diese bildet die Grundlage für neue technologische Innovationen aus anderen Themengebieten. Doch die Forschung stößt bei konventionellen Rechnern zunehmend an ihre Grenzen: Das Wachstum der Rechenleistung droht zu stagnieren. Der Quantencomputer soll hierfür die Lösung sein. Er verspricht in Bezug auf die Rechenpower einen Vorstoß in neue, unvorstellbare Dimensionen, der selbst unsere kühnsten Träume übertrifft.

Eine neue Forschungsära beginnt

Insgeheim hat er bereits begonnen, der Wettlauf um die Vorherrschaft in der Quantentechnologie. Nicht nur zwischen Staaten, sondern auch in der Wirtschaft. Die Bundesregierung investierte erst kürzlich 650 Millionen Euro in die Erforschung von Quantencomputern, und auch der chinesische Tech-Riese Alibaba steht dem in Nichts nach. Im Vergleich zu aktuellen Computern funktionieren Quantencomputer nämlich völlig anders.

Beim Ausführen eines heutigen Computerprogramms wird dieses auf der niedrigsten Rechenebene in Nullen und Einsen, dem Binärcode, übersetzt. Normale Rechner können dabei zur selben Zeit nur eine Zahl annehmen, also Null oder Eins. Hier unterscheiden sich die verschiedenen Computertechnologien: Durch das Ausnutzen physikalischer Phänomene kann ein Quantencomputer Nullen und Einsen überlagern, sprich zur selben Zeit ausführen. Mit jedem sogenannten Qubit, den wir zum Berechnen hinzufügen, verdoppelt sich die gesamte Speicherkapazität. Gemeinsam mit der Fähigkeit des gleichzeitigen Testens von mehreren Lösungen führt dies zu einer enormen Rechenleistung des Quantencomputers.

Das Ende heutiger Verschlüsselungsverfahren

Besonders die US-Sicherheitsbehörde NSA interessiert sich für Quantencomputer. Mit ihnen könnten ihre Mitarbeiter die meisten heute gängigen Verschlüsselungscodes knacken. Fast jedes Unternehmen wäre so innerhalb weniger Sekunden hackbar. Die dafür erforderliche Leistungsstärke könnte die Technologie bereits in zehn Jahren erreichen. Etwa die gleiche Zeitspanne braucht eine neue Verschlüsselungstechnologie, um sich flächendeckend erfolgreich durchzusetzen. Deshalb ist es für Unternehmen bereits jetzt wichtig, sich mit Hilfe von Post-Quanten-Kryptographie vorzubereiten.

Geschäftspotential für Unternehmen

Wer annimmt, der Quantencomputer wäre noch Zukunftsmusik, liegt falsch. Obwohl diese mit ihrer Rechenleistung heutige Supercomputer noch nicht übertreffen können, sind sie in anderen Bereichen bereits stark – etwa bei der Lösung von bestimmten mathematischen Problemen. Volkswagen beispielsweise forscht gemeinsam mit Google aktiv an Quantencomputern und hat es geschafft, Erfolge in der Verkehrsflussoptimierung zu erzielen. Ebenso wird die Simulation des chemischen Aufbaus von Batterien mithilfe von Quantencomputern erprobt. Das Potential ist groß, und mögliche Veränderungen durch Quantentechnologie erstrecken sich auf alle erdenklichen Unternehmensbereiche.

Besonders entscheidend wird die Anwendung von Quantencomputern im Bereich Data Science und Künstliche Intelligenz. Die riesigen Datenmengen können völlig neuartig bearbeitet werden und eröffnen alleine dadurch schon neue Nutzungsmöglichkeiten. Künstliche Intelligenzen würden smarter denn je werden, da sie durch die Grenzen aktueller Rechentechnologie noch limitiert sind.

Für First Mover beginnt die Zukunft jetzt

Die Quantentechnologie hat somit das Zeug zur Disruption in diversen Branchen und Märkten und verdient bereits jetzt große Aufmerksamkeit. Die nächsten Ausbaustufen auf dem Gebiet werden nicht nur spannend sein, sondern die Basis für massentaugliche Anwendungen legen. Eine frühe Vorbereitung ist damit keine verschenkte Zeit, um mit der zukünftigen Entwicklung mithalten zu können.
Eine Vertiefung in die physikalischen Besonderheiten liefern wir in den kommenden Wochen. In Teil 2 der Reihe zeigen wir, was die Quantentechnologie im Detail so einzigartig macht und auf welche Weise sie funktioniert.

Teil 2 der Blogreihe: Quantencomputer: Vom physikalischen Traum in die Realität

Teil 3 der Blogreihe: Der Quantencomputer: das nächste Wirtschaftswunder?

Teil 4 der Blogreihe: Bank 5.0 – dank Quantencomputer bald Realität?

Vielen Dank an Marc Sommer, der diesen Beitrag als Co-Autor mit verfasst hat.

Foto: Michael Fang, Martinis Group, University of California, Santa Barbara, http://web.physics.ucsb.edu/~martinisgroup/photos.shtml


Matthias Frerichs

Matthias Frerichs ist Leiter der Unit Digital Banking bei Sopra Steria Consulting. Seine Beratungsschwerpunkte sind die Themen Digitalisierung und IT-Architekturen. Der Diplom-Wirtschaftsinformatiker besitzt mehr als 15 Jahre Berufserfahrung im IT- und Finanzumfeld.


Kommentare

  1. Kevin Peters sagt: Dezember 20, 2018 at 5:35 pm

    Die Sätze „Durch das Ausnutzen physikalischer Phänomene kann ein Quantencomputer Nullen und Einsen überlagern, sprich zur selben Zeit ausführen. Mit jedem sogenannten Qubit, den wir zum Berechnen hinzufügen, verdoppelt sich die gesamte Speicherkapazität.“ sind nicht sinnvoll. Also, dass bei einem Quantencomputer Basiszustände von Qubits überlagert werden können ist zwar korrekt, aber die Formulierung „zur selben Zeit ausführen“ ist für einen Zustand semantisch falsch. Außerdem erhöht sich bei einer klassischen Bitkette doch auch die „Speicherkapazität“ um den Faktor 2 mit jedem weiteren Bit. Eine n-bit lange Zahl kann Werte von 0 bis 2^n Zahlen speichern. Die viel wesentlichere Besonderheit in diesem Kontext liegt darin, dass der Hilbertraum der möglichen Zustände erheblich viel größer ist, als wenn man eben nur binäre Bits anhängen würde, was eben an der Superposition von Qubits liegt. Von einer „verdopplung“ zu sprechen ist grob falsch.

    Übrigens sind universelle Quantencomputern mit vielen Qubits tatsächlich notorisch schwierig zu bauen weil Dekohärenz ein großes Problem ist und aller Öffentlichkeitsarbeit zum Trotz hält sich irgendwie außerhalb der akademischen Kreise der Glaube, dass wir in den nächsten Jahren einen universellen Quantencomputer mit einer tatsächlich hohen Anzahl an Qubits bauen könnten, der so gut kontrollierbar ist, dass Fehlerkorrekturalgorithmen darauf funktionieren würden. Die heute bekannten Implementierungen von Quantencomputern sind sehr weit davon entfernt. Als Monroe et al 2016 das Nature Paper zu ihrem Ion Trap Quantum Computer Setup mit 5(!) Qubits demonstriert hat war das ein riesiger Durchbruch! Die D-Wave Maschinen oder die letzten Pressemitteilung von IBM und Intel beschreiben Systeme die keine universelle Quantencomputer sind, und ich glaube wir sind definitiv von einige Jahre davon entfernt, dass normale Wirtschaftsunternehmen tatsächlich außerhalb von sehr speziellen Szenarien davon profitieren könnten.

    Ich hoffe, dass in Teil 2 die Basiskonzepte korrekt erklärt werden und auch darauf eingegangen wird, welche Quantenalgorithmen es überhaupt gibt und zu welchen Klassen von Problemen sie gehören. Denn sonst entsteht der Eindruck, dass Quantencomputer ein Allheilmittel gegen das sterbende Moores Law ist – und dieser Eindruck wäre falsch. Es gibt eine riesige Klasse an Problemen, für die wir auch mit Quantencomputern keine Lösung kennen die in einer günstigen Komplexitätsklasse liegen oder in Big O Notation gesprochen auf Quantencomputern „schneller“ laufen als auf konventionellen Computern. Und wo wir bei Komplexitätsklassen sind wäre das auch ein guter Aufhänger für Teil zwei der Blogreihe.
    Ich verstehe zwar, dass sich diese Beiträge nicht an Forscher richten, jedoch finde ich, dass man zumindest fachlich richtig bleiben sollte und bei Vereinfachungen nicht faktisch Falsches beimischt , weil es gut klingt und darauf aufmerksam macht, wenn es sich um so eine Vereinfachung handelt und es sollte trotzdem ein realistisches Bild des aktuellen Standes der Forschung und Technologie gezeichnet werden.

    • Sopra Steria Consulting Sopra Steria Consulting sagt: Januar 10, 2019 at 3:32 pm

      Hallo Kevin,
      vielen Dank für deine ausführliche Rückmeldung. Für Verbesserungsvorschläge sind wir immer dankbar. Deine Anmerkungen werden wir für die folgenden Teile unserer Quantencomputer-Reihe berücksichtigen.

      Beste Grüße
      Finja Abraham
      (Redaktion Digitale Exzellenz)

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