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.



  • Maschinenbauer meldet Rekordexporte für 2023

    Maschinenbauer meldet Rekordexporte für 2023

    Der Maschinen- und Anlagenbau hat 2023 aufgrund eines starken ersten Halbjahrs einen Rekordwert der Exporte verbucht. Wie der VDMA mitteilt, macht sich die aktuelle Konjunkturflaute aber auch bei den Ausfuhren…

    mehr lesen: Maschinenbauer meldet Rekordexporte für 2023

  • MainDays 2024 in Berlin

    MainDays 2024 in Berlin

    Auf den MainDays treffen sich am 12. und 13. März Verantwortliche aus Instandhaltung und technischem Service, um Trends und Herausforderungen zu diskutieren und Transformationsprojekte vorzustellen.

    mehr lesen: MainDays 2024 in Berlin

  • Pal2Rec forscht an sensorbasierter Aktivitätserkennung

    Pal2Rec forscht an sensorbasierter Aktivitätserkennung

    Als Ladungsträger bewegen Paletten Dinge von A nach B. Das im Februar 2024 gestartete Projekt ’Pal2Rec’ untersucht nun, wie sich (Euro-)Paletten eigenständig in logistische Prozesse mittels sensorbasierter Aktivitätserkennung einbeziehen lassen.

    mehr lesen: Pal2Rec forscht an sensorbasierter Aktivitätserkennung

  • Bessere CO2-Bilanz durch additiv gefertigte Komponenten

    Bessere CO2-Bilanz durch additiv gefertigte Komponenten

    Der Autobau kann mit maßgeschneiderten Komponenten die CO2-Bilanz von Werkzeugen und Maschinen verbessern und mit einbaufertigen Komponenten, sogenannten ’Engineered Products’, Leistungssteigerungen bei den Materialeigenschaften erzielen. Das zeigt eine Fallstudie in…

    mehr lesen: Bessere CO2-Bilanz durch additiv gefertigte Komponenten

  • Emissionen von künstlicher Intelligenz beziffern

    Emissionen von künstlicher Intelligenz beziffern

    Auch künstliche Intelligenz verbraucht Ressourcen. Forschende des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung, AlgorithmWatch und des DAI-Labors der TU Berlin fordern daher, die Nachhaltigkeitsauswirkungen von KI über den gesamten Lebenszyklus hinweg stärker…

    mehr lesen: Emissionen von künstlicher Intelligenz beziffern

  • Was Anwender von KI-Anbietern erwarten

    Was Anwender von KI-Anbietern erwarten

    Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit Anwender KI-Anbietern vertrauen können und deren KI-Lösung nutzen? Diese Frage steht im Mittelpunkt des Forschungsprojektes ‘TrustKI’, das Anfang 2023 am Institut für Internet-Sicherheit –…

    mehr lesen: Was Anwender von KI-Anbietern erwarten

  • Materialengpässe in der Industrie weiter rückläufig

    Materialengpässe in der Industrie weiter rückläufig

    12,5 Prozent der Industrieunternehmen klagen nach wie vor über Materialengpässe. Nach Angaben des Ifo Instituts ging der Wert im Vergleich zum Vormonat jedoch erneut zurück.

    mehr lesen: Materialengpässe in der Industrie weiter rückläufig

  • DMG Mori baut Standort München zur Europazentrale aus

    DMG Mori baut Standort München zur Europazentrale aus

    München wird zur Europazentrale von DMG Mori. Der Werkzeugmaschinenhersteller errichtet dort das Business-Quartier ‚Go Four It‘ und mietet zusätzlich Gebäudeflächen.

    mehr lesen: DMG Mori baut Standort München zur Europazentrale aus

  • Xplanis gründet deutsche Tochtergesellschaft

    Xplanis gründet deutsche Tochtergesellschaft

    Xplanis, ein Spezialist für Transport Management Software, steigt in den deutschen Markt ein. Die Geschäftsführung der Xplanis Deutschland GmbH übernimmt Volker Möller.

    mehr lesen: Xplanis gründet deutsche Tochtergesellschaft

  • Mesago zieht positive SPS-Bilanz

    Mesago zieht positive SPS-Bilanz

    In ihrer Messeanalyse zieht die Mesago Messe Frankfurt ein positives Fazit der SPS in Nürnberg. Demnach erfuhr die Veranstaltung großen Zuspruch seitens Ausstellern und Fachbesuchern.

    mehr lesen: Mesago zieht positive SPS-Bilanz

  • WIIT übernimmt Teil von German Edge Cloud

    WIIT übernimmt Teil von German Edge Cloud

    Die WIIT, ein Cloud Computing-Anbieter aus Italien, hat über die deutsche Tochtergesellschaft WIIT AG einen Vertrag zum Erwerb des Geschäftsbereichs Edge & Cloud der zur Friedhelm Loh Group gehörenden German…

    mehr lesen: WIIT übernimmt Teil von German Edge Cloud

  • Aufatmen in der deutschen Automobilindustrie

    Aufatmen in der deutschen Automobilindustrie

    Im Januar hat sich die Stimmung der deutschen Autobauer verbessert. Trotz einiger positiver Signale, gibt das Ifo Institut jedoch noch keine Entwarnung. Unter anderem bereiten Auftragslage und der Fachkräftemangel sorgen.

    mehr lesen: Aufatmen in der deutschen Automobilindustrie