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.



  • PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

    PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

    Mit der Sphinx Open Online on Pluscloud haben Plusserver und GFT Technologies ihre Kompetenzen im Bereich IoT gebündelt. Einsatzgebiete sind beispielsweise Smart Factories in der Produktion.

    mehr lesen: PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

  • ATS erwirbt Lean Scheduling International

    ATS erwirbt Lean Scheduling International

    Mit der Übernahme durch ATS Global wird aus der Lean Scheduling international die ATS Lean Scheduling International.

    mehr lesen: ATS erwirbt Lean Scheduling International

  • Lynx Software Technologies gewinnt Preis

    Lynx Software Technologies gewinnt Preis

    Lynx Software Technologies gibt bekannt, dass Lynx Mosa.ic im Rahmen der IoT Breakthrough Awards zur ‚IoT Security Platform of the Year‘ gekürt wurde.

    mehr lesen: Lynx Software Technologies gewinnt Preis

  • Plattformmodul für die Produktion

    Plattformmodul für die Produktion

    Dynatrace tritt in den Markt für Cloud Application Security ein. Dazu hat das Unternehmen seine Software-Intelligence-Plattform um ein neues Modul erweitert: Das neue Dynatrace Application Security Module bietet kontinuierliche Runtime-Application-Self-Protection…

    mehr lesen: Plattformmodul für die Produktion

  • Gefahrenpotenzial steigt weiter

    Gefahrenpotenzial steigt weiter

    Was wird sich bei der Sicherheit kritischer Infrastrukturen, Industrie- und Produktionsanlagen im neuen Jahr ändern? Welche Herausforderungen erwarten die Sicherheitsverantwortlichen, welche Trends zeichnen sich ab? Die Experten für industrielle Cybersecurity…

    mehr lesen: Gefahrenpotenzial steigt weiter

  • Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

    Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

    Die Bedrohung durch Internetkriminelle wird immer größer. Darüber sind sich 94% der Internetnutzer einig. Die große Mehrheit sieht daher Staat und Behörden in der Pflicht, stärker gegen Kriminelle im digitalen…

    mehr lesen: Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

  • Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

    Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

    Um die Entwicklung KI-basierter Funksensor-Edge-Anwendungen zu vereinfachen, hat SSV mit dem WSEI/154A den weltweit ersten Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit einer 868MHz-Funktechnik gemäß IEEE802.15.4 entwickelt. Als Sensing Endpoint gehört ein Evaluation Board…

    mehr lesen: Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

  • Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Die Forschungspartner Technische Hochschule Deggendorf und die Technische Universität München sowie den beiden Unternehmen Schindler & Schill (EasyLogix) und Systema haben das BMWi-ZIM-Projekt MobiCM erfolgreich abgeschlossen. Ziel war die Entwicklung…

    mehr lesen: Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

  • Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Nach ersten Schätzungen geht das Ifo-Institut von einer Stagnation der Wirtschaftsleistung im ersten Quartal aus. Erst im zweiten Quartal gehen die Experten wieder von einem Zuwachs aus.

    mehr lesen: Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

  • DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

    DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

    Die Normungsorganisationen DIN und VDE DKE haben eine Kooperationsvereinbarung mit ‚Enterprise Singapore‘ getroffen. Die Zusammenarbeit soll unter anderem die Bereiche Industrie 4.0 sowie künstliche Intelligenz umfassen.

    mehr lesen: DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore