Wie Quantencomputing schon heute die Fertigung verändert

Quantum computer gold silver mechanism isolated on white background. Mechanism quantum computing quantum cryptography steampunk Q bits parallel computing. 3D illustration 3D render
©Aliaksandr Marko/Adobe.Stock

Um passende Anwendungsfälle zu finden, ist es hilfreich, einen der beliebtesten hybriden Algorithmen zu kennen. Der sogenannte Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) zählt zu den Variationsalgorithmen und kann Lösungen für Optimierungsprobleme aufdecken. Diese Art von Algorithmen (‚Variational Quantum Algorithms‘, VQA) beruhen auf der Variationsmethode, bei der ein Quantencomputer eine Reihe von Vermutungen anstellt, die durch klassische Optimierer verfeinert werden, bis eine annähernde Lösung gefunden ist. Dieser iterative Prozess verbindet klassische Rechner mit Quantencomputern. Das ermöglicht Unternehmen, schneller auf die Vorteile von Quantenberechnungen zuzugreifen, statt auf technologische Durchbrüche zu warten, die möglicherweise erst in einigen Jahren stattfinden.

Kreativität ist gefragt

Hybride Quantenalgorithmen eröffnen kreative Möglichkeiten für Herausforderungen in der Fertigung. So wird es möglich, bessere Materialien zu entwickeln, indem die Interaktion von Molekülen verlässlicher und schneller simuliert werden kann. Klassische Computer haben bereits Mühe, einfache Moleküle korrekt zu simulieren. Da Quantencomputer gleichzeitig mehrere mögliche Abläufe erkunden können, sind sie besser in der Lage, komplexe Wechselwirkungen und Abhängigkeiten zu berechnen. Dadurch sinken die Kosten und der Zeitaufwand für die Erforschung und Herstellung innovativer Materialien – insbesondere für die Entwicklung von besseren Akkus für Elektroautos ist das vielversprechend.

200 statt 40.000 Arbeitsschritte

Auch bei der Logistik und der Verwaltung der Lagerbestände können Quantenberechnungen einiges leisten. Dort ist das sogenannte Botenproblem (englisch: Traveling salesman problem) eine wiederkehrende Herausforderung: Was ist die kürzeste Route, um eine Liste von Orten genau einmal zu besuchen und dann zum Ausgangspunkt zurückzukehren? Beim Lösen dieser Art von Fragestellung sind Quantencomputer deutlich schneller als klassische Systeme. Schon bei nur acht Orten braucht ein traditioneller Rechner über 40.000 Schritte, während ein Quantencomputer in 200 Schritten zur Lösung kommt. Wer solche Berechnungen fest in Arbeitsprozesse integriert, wird einiges an Zeit und Ressourcen einsparen können. Ähnlich sieht es bei den Lieferketten aus. Die eigene Lieferkette trotz geopolitischen Verwerfungen aufrechtzuerhalten, stellt zunehmend eine Hürde für die Fertigungsindustrie dar. Dabei flexibel zu bleiben, ist leichter gesagt als getan, denn Zulieferer zu wechseln, kann schnell zu Verzögerungen im Arbeitsablauf und damit zu Umsatzeinbußen führen. Notfallpläne und Ersatzlieferanten haben zwar die meisten Hersteller parat, allerdings ist der Markt unübersichtlich. Für die günstigste und gleichzeitig effizienteste Lieferkette müssen riesige Datenmengen berücksichtigt werden. Quantenalgorithmen können damit umgehen und erlauben ad hoc derartige Abfragen, was bei unbeständigen Krisenlagen einen entscheidenden Vorteil darstellen kann. Bei der Lieferkette zeigt sich der Quantenvorteil in reduzierten Kosten und beschleunigten Lieferungen.

Aufwand und Nutzen schätzen

Hybride Quantenalgorithmen sind vielseitig einsetzbar: VW fand etwa einen Anwendungsfall beim Auftragen von Autolack und konnte diesen Prozess optimieren. Hierbei ließ sich die verbrauchte Farbmenge senken und gleichzeitig das Auftragen beschleunigen. Es gibt einige Praktiken, die Herstellern dabei helfen, über hybride Quantenalgorithmen ins Quantencomputing einzusteigen. Obwohl sich der vollständige Nutzen erst in Zukunft entfalten wird, ist heute schon ein Bewusstsein für die Möglichkeiten der Technologie wichtig. Schon jetzt ist es möglich, sich aktiv mit Quantencomputing auseinanderzusetzen und branchenspezifische Anwendungsfälle zu identifizieren. So lässt sich die Komplexität und damit die benötigte Rechenkraft abschätzen. Das wiederum macht es einfacher einzuschätzen, wann die passende Hardware verfügbar sein könnte.

PoC sind bereits möglich

Sind passende Anwendungsszenarien gefunden, muss nicht auf die ideale Quantenhardware gewartet werden. Stattdessen können sich Hersteller an einer vereinfachten Programm-Version für ein konkretes Szenario versuchen und dafür aktuelle Quantentechnologie mit klassischen Systemen verbinden. Durch diesen hybriden Ansatz lässt sich bestenfalls ein Proof of Concept erreichen und zudem schon greifbare Verbesserungen erzielen – VW ist hierfür ein gutes Beispiel.

Einstiegshürden überschaubar

Für den Einstieg ist es meist nicht notwendig, das Programmieren für Quantencomputing auf der Ebene der Maschinensprachen zu erlernen. Es gibt bereits höhere Programmiersprachen, die weniger abstrakt und komplex und damit leichter erlernbar sind. Außerdem verfügt der Markt über Plattformen, die quanten-basierte Applikationen über grafische Benutzeroberflächen darstellen. Diese können Entwicklerteams dabei helfen, anderen Abteilungen diese Applikationen zu zeigen und verständlich zu machen. Aktuell ist noch unklar, welche Hardware sich im Quantencomputing durchsetzen wird. Ratsam könnte es daher sein, auf Plattformen zu setzen, die cloudbasiert und agnostisch sind, was die Hardware angeht.

Eine strategische Investition

Auch bei sehr innovativen Technologien kommen große Veränderungen nicht über Nacht. Zwar dürften Sprünge auf dem Weg zum praktischen Quantum Computing vollzogen werden, aber das wird noch Zeit brauchen. Gerade der Übergang zu Quantencomputing kann zur Herausforderung werden, wenn nicht genügend Vorarbeit geleistet wurde. Ein reibungsarmer Übergang ist möglich, wenn die Mitarbeitenden in der Nutzung und Wartung von Quantensystemen geschult sind. Strategisch wertvoll ist der Einstieg über hybride Quantenalgorithmen zudem wegen möglicher Patentanmeldungen. Wer branchenspezifische Quantenanwendungen früh entdeckt, kann dieses geistige Eigentum rechtlich absichern, bevor andere es tun.



  • Pavel Boháč wird Aimtec-CEO

    Pavel Boháč wird Aimtec-CEO

    Der Digitalisierungsspezialist Aimtec ernennt Pavel Boháč (35) zum neuen CEO. Er folgt auf die Unternehmensgründer Jaroslav Follprecht und Roman Žák, die nun als Aufsichtsräte fungieren.

    mehr lesen: Pavel Boháč wird Aimtec-CEO

  • Stimmung im Maschinenbau verschlechtert sich

    Stimmung im Maschinenbau verschlechtert sich

    Die Stimmung und die Aussichten im Maschinenbau haben sich laut aktueller VDMA-Konjunkturumfrage aus dem September merklich eingetrübt.

    mehr lesen: Stimmung im Maschinenbau verschlechtert sich

  • Erster photonischer Quantencomputer in Deutschland rechnet in Paderborn

    Erster photonischer Quantencomputer in Deutschland rechnet in Paderborn

    Auch wenn Quantencomputer seit einigen Jahren Gegenstand intensiver Forschung sind, ist es bisher nicht gelungen, ausreichend robuste Systeme zu realisieren.

    mehr lesen: Erster photonischer Quantencomputer in Deutschland rechnet in Paderborn

  • BuildingSmart International und IDTA unterzeichnen Kooperationsvereinbarung

    BuildingSmart International und IDTA unterzeichnen Kooperationsvereinbarung

    Die BuildingSmart International (bSI) und die Industrial Digital Twin Association (IDTA) wollen künftig auf gemeinnütziger Basis zusammenzuarbeiten, um eine offene digitale Interoperabilität in der Gebäudetechnik zu fördern.

    mehr lesen: BuildingSmart International und IDTA unterzeichnen Kooperationsvereinbarung

  • Energieverbrauch beim Umformen und in der Zerspanung reduziert

    Energieverbrauch beim Umformen und in der Zerspanung reduziert

    Daten werden benötigt, um in hochspezialisierten Prozessen Maschinen und Anlagen zu steuern.

    mehr lesen: Energieverbrauch beim Umformen und in der Zerspanung reduziert

  • Erste agile Batteriezellfertigung eröffnet

    Erste agile Batteriezellfertigung eröffnet

    Die Nachfrage nach Batteriezellen wird aktuell vor allem durch kostengetriebene Massenproduktion in Asien und Nordamerika gedeckt, was auch Auswirkungen auf den Maschinen- und Anlagenbau hat.

    mehr lesen: Erste agile Batteriezellfertigung eröffnet

  • Eclipse Foundation und DIN kooperieren

    Eclipse Foundation und DIN kooperieren

    Die Eclipse Foundation, eine der weltweit größten Open-Source-Stiftungen, und das Deutsche Institut für Normung (DIN) haben eine Absichtserklärung bekannt gegeben.

    mehr lesen: Eclipse Foundation und DIN kooperieren

  • Machine-Vision-Industrie erwartet Umsatzrückgang

    Machine-Vision-Industrie erwartet Umsatzrückgang

    Die VDMA Fachabteilung Machine Vision rechnet für die Bildverarbeitungsindustrie in Deutschland mit einem Umsatzrückgang von 10 Prozent nominal im laufenden Jahr.

    mehr lesen: Machine-Vision-Industrie erwartet Umsatzrückgang

  • Mathematische Modelle für einen effizienteren Emissionshandel

    Mathematische Modelle für einen effizienteren Emissionshandel

    Der Emissionshandel ist ein zentrales Instrument im Kampf gegen den Klimawandel. Die Einführung von CO2-Zertifikaten soll Anreize für Unternehmen schaffen, ihre Emissionen zu reduzieren.

    mehr lesen: Mathematische Modelle für einen effizienteren Emissionshandel

  • Mission KI und Xayn entwickeln KI-basiertes Prüfsystem für sicheren Datenaustausch

    Mission KI und Xayn entwickeln KI-basiertes Prüfsystem für sicheren Datenaustausch

    Um die Attraktivität von Datenräumen und den datenraumübergreifenden Austausch von Daten zu erhöhen, entwickelt das Berliner KI-Startup Xayn im Rahmen der Initiative Mission KI ein KI-basiertes Sicherheits- und Qualitäts-Monitoring. Die…

    mehr lesen: Mission KI und Xayn entwickeln KI-basiertes Prüfsystem für sicheren Datenaustausch

  • Die Welt der additiven Fertigung in Frankfurt

    Die Welt der additiven Fertigung in Frankfurt

    Bis Ende September haben sich 820 Unternehmen für die Formnext in Frankfurt angemeldet. Die Messe für Additive Manufacturing (AM) findet vom 19. bis zum 22. November 2024 statt. Besucher können…

    mehr lesen: Die Welt der additiven Fertigung in Frankfurt

  • Der IT.Connect meets Cybersecurity Day 2024

    Der IT.Connect meets Cybersecurity Day 2024

    Am 5. November 2024 wird die Congresshalle Saarbrücken im Rahmen des IT.Connect meets Cybersecurity Day zu einem Zentrum der IT- und Cybersicherheitsbranche.

    mehr lesen: Der IT.Connect meets Cybersecurity Day 2024