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.



  • Was Mercedes-Benz gegen Produktfälscher tut

    Was Mercedes-Benz gegen Produktfälscher tut

    In Zusammenarbeit mit Zoll-, Gewerbeaufsichts- und Strafverfolgungsbehörden geht Mercedes-Benz weltweit gegen Fälschungen vor.

    mehr lesen: Was Mercedes-Benz gegen Produktfälscher tut

  • Wissenschaftler entwickeln Open-Source-Programm für die Quantenphysik

    Wissenschaftler entwickeln Open-Source-Programm für die Quantenphysik

    Wissenschaftler am Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) und dem Paderborner Zentrum für Paralleles Rechnen (PC2) der Universität Paderborn haben ein Open-Source-Software-Tool entwickelt, das die Simulation von Lichtverhalten in Quantensystemen ermöglicht.

    mehr lesen: Wissenschaftler entwickeln Open-Source-Programm für die Quantenphysik

  • Kabinett bringt NIS-2 auf den Weg

    Kabinett bringt NIS-2 auf den Weg

    Das Bundeskabinett hat den Gesetzentwurf von Bundesinnenminister Alexander Dobrindt zur Stärkung der Cybersicherheit beschlossen.

    mehr lesen: Kabinett bringt NIS-2 auf den Weg

  • Insys Icom wird 33

    Insys Icom wird 33

    Insys Icom feiert in diesem Jahr 33-jähriges Bestehen. Das Regensburger Unternehmen wurde 1992 gegründet und ist heute in drei eigenständige Unternehmen gegliedert: Insys Icom, Insys Locks und Insys Test.

    mehr lesen: Insys Icom wird 33

  • Slalom und Device Insight mit strategischer Partnerschaft

    Slalom und Device Insight mit strategischer Partnerschaft

    Slalom Germany und Device Insight richten sich im Rahmen einer strategischen Kooperation an Fertigungsunternehmen und bieten ein gemeinsames Portfolio an, das Beratungsexpertise in den Bereichen Data, Analytics und KI mit…

    mehr lesen: Slalom und Device Insight mit strategischer Partnerschaft

  • Aus Felten wird MPDV

    Aus Felten wird MPDV

    Nach der Übernahme der Felten Group durch die MPDV Mikrolab GmbH im Jahr 2019 erfolgt nun die Integration des Unternehmens durch den MES-Spezialisten aus Mosbach.

    mehr lesen: Aus Felten wird MPDV

  • HTEC erklärt AI Distillation

    HTEC erklärt AI Distillation

    Große KI-Modelle wie GPT-4.5 oder OpenAI o3 bilden die Speerspitze des technologischen Fortschritts.

    mehr lesen: HTEC erklärt AI Distillation

  • Warum Maschinenidentitäten zur Sicherheitsfalle werden können

    Warum Maschinenidentitäten zur Sicherheitsfalle werden können

    Automatisierung beschleunigt Prozesse, verbindet Systeme und spart Zeit. Bots, APIs, Cloud-Workloads oder RPA-Tools übernehmen Aufgaben, die früher menschlichen Mitarbeitenden vorbehalten waren. Doch auch die digitalen Helfer verwalten sich nicht selbst:…

    mehr lesen: Warum Maschinenidentitäten zur Sicherheitsfalle werden können

  • Robotersteuerung aus dem Weltall

    Robotersteuerung aus dem Weltall

    Am 24. Juli führte das Surface-Avatar-Team am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen das letzte und laut DLR bisher anspruchsvollste Experiment der Mission Surface Avatar vor.

    mehr lesen: Robotersteuerung aus dem Weltall

  • Dassault Systèmes übernimmt Ascon Qube-Technologie

    Dassault Systèmes übernimmt Ascon Qube-Technologie

    Dassault Systèmes hat die Ascon Qube-Technologie von der Ascon Systems Holding GmbH übernommen.

    mehr lesen: Dassault Systèmes übernimmt Ascon Qube-Technologie

  • B-Human ist erneut Weltmeister

    B-Human ist erneut Weltmeister

    Das Team B-Human der Universität Bremen und des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) errang bei der RoboCup-WM in Salvador in Brasilien bei der 16. Teilnahme zum zwölften Mal den…

    mehr lesen: B-Human ist erneut Weltmeister

  • Itac und Red Hat kooperieren

    Itac und Red Hat kooperieren

    Die Itac Software AG und Red Hat haben eine strategische Technologiepartnerschaft geschlossen.

    mehr lesen: Itac und Red Hat kooperieren