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.



  • Warum stockt die digitale Transformation

    Warum stockt die digitale Transformation

    In der neuen Expertise des Forschungsbeirats der Plattform Industrie 4.0 untersuchen die beiden Fraunhofer-Institute IAO und IPA die Gründe, warum die digitale Transformation in Unternehmen oftmals nur langsam vorankommt. Die…

    mehr lesen: Warum stockt die digitale Transformation

  • Dominik Bösl wird zweiter Geschäftsführer von Micropsi Industries

    Dominik Bösl wird zweiter Geschäftsführer von Micropsi Industries

    Dominik Bösl zukünftig als Geschäftsführer, gemeinsam mit Gründer Ronnie Vuine, das Berliner Robotik-Startups Micropsi Industries.

    mehr lesen: Dominik Bösl wird zweiter Geschäftsführer von Micropsi Industries

  • Japan weltweit größter Hersteller von Industrierobotern

    Japan weltweit größter Hersteller von Industrierobotern

    45 Prozent des weltweiten Roboterangebots kommt aus Japan. Wie die International Federation of Robotics mitteilt, wurden im Jahr 2020 136.069 Industrieroboter von dort aus exportiert.

    mehr lesen: Japan weltweit größter Hersteller von Industrierobotern

  • Intel investiert in europäische Chip-Fertigung

    Intel investiert in europäische Chip-Fertigung

    Intel investiert 17 Mrd.€ in zwei neue Halbleiterfabriken in Magdeburg. Insgesamt sollen der in den nächsten zehn Jahren bis zu 80Mrd.€ in die europäische Chip-Herstellung fließen.

    mehr lesen: Intel investiert in europäische Chip-Fertigung

  • QSolid entwickelt ersten deutschen Quantencomputer

    QSolid entwickelt ersten deutschen Quantencomputer

    25 Forschungseinrichtungen, Unternehmen und Start-ups aus ganz Deutschland tun sich im im Projekt QSolid zusammen, an dessen Ende ein in Deutschland hergestellter Quantencomputer stehen soll.

    mehr lesen: QSolid entwickelt ersten deutschen Quantencomputer

  • Hohe Energiepreise belasten Unternehmen

    Hohe Energiepreise belasten Unternehmen

    Der Krieg in der Ukraine wirkt sich negativ auf deutsche Unternehmen aus. Laut einer Befragung des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW) sorgen vor allem hohe Energiepreise und fehlende Gaslieferungen für…

    mehr lesen: Hohe Energiepreise belasten Unternehmen

  • Maschinenbauer spüren die Auswirkungen des Krieges

    Maschinenbauer spüren die Auswirkungen des Krieges

    Der Krieg in der Ukraine wirkt sich auf die Maschinen- und Anlagenbauer aus. Laut Blitz-Umfrage des VDMA sehen 85 Prozent der Firmen den Krieg als gravierendes oder merkliches Risiko für…

    mehr lesen: Maschinenbauer spüren die Auswirkungen des Krieges

  • Omron ernennt CEO für EMEA-Region

    Omron ernennt CEO für EMEA-Region

    Fernando Colas soll bei Omron den Bereich Industrieautomation in der EMEA-Region leiten. Er löst damit Seigo Kinugawa ab.

    mehr lesen: Omron ernennt CEO für EMEA-Region

  • Immer mehr ICS-Schwachstellen werden offengelegt

    Immer mehr ICS-Schwachstellen werden offengelegt

    In ihrem ICS Risk & Vulnerability Report melden die Security-Spezialisten von Claroty, dass immer mehr Schwachstellen von industriellen Kontrollsysteme offengelegt werden. Laut Studienautoren sei dies ein Zeichen dafür, dass das…

    mehr lesen: Immer mehr ICS-Schwachstellen werden offengelegt

  • Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

    Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

    Seit November vergangenen Jahres fungiert Graham Smith als Interims-CEO bei Splunk. Ab April soll nun Gary Steele die Geschicke des Datenanalyse-Spezialisten leiten.

    mehr lesen: Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

  • Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

    Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

    Zum Höhepunkt der Omikron-Welle im Februar ist der Homeoffice-Anteil im Vergleich zum Januar annähernd gleich geblieben und blieb nach Angaben des Ifo Instituts rund drei Prozentpunkte unter dem Höchstwert aus…

    mehr lesen: Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

  • Maschinenbauer starten mit Auftragsplus ins neue Jahr

    Maschinenbauer starten mit Auftragsplus ins neue Jahr

    Mit einem Auftragsplus von real 19 Prozent im Januar sind die Maschinen- und Anlagenbauer in das neue Jahr gestartet. Positive Signale kamen dabei sowohl aus dem Aus- als auch aus…

    mehr lesen: Maschinenbauer starten mit Auftragsplus ins neue Jahr