Quantencomputer

Jetzt kommen die kommerziellen Anwendungen

31. März 2022, 10:24 Uhr | Heinz Arnold

Quantencomputer werden sich schon in drei bis vier Jahren in kommerziellen Einsätzen finden – davon ist ein Viertel der Unternehmen überzeugt, die Capgemini befragt hat.

Aktuell arbeiten 23 Prozent der Unternehmen an ihrer Nutzung oder beabsichtigen dies zu tun. Sie rechnen mit mindestens einer größeren kommerziellen Anwendung innerhalb der nächsten drei bis fünf Jahre. Darüber hinaus planen 20 Prozent der Unternehmen, ihre Investitionen in diese Technologien im nächsten Jahr zu erhöhen. Zu diesen Ergebnissen kam das Capgemini Research Institute in seiner neuen Studie »Quantum technologies: How to prepare your organization for a quantum advantage now«.

China mit 43 Prozent und die Niederlande mit 42 Prozent verzeichnen im weltweiten Vergleich gemäß der Studie den größten Anteil von Unternehmen, die an Quantentechnologien arbeiten oder dies zu tun beabsichtigen. Sie liegen damit weit vor Deutschland sowie dem Vereinigten Königreich mit jeweils 26 Prozent und über dem weltweiten Durchschnitt von 23 Prozent.

»Die jüngsten Durchbrüche bei Quantentechnologien werden in den nächsten fünf Jahren eine neue Ära für Computing, Sensoren und Cybersicherheit einläuten. Unsere Studie bestätigt, dass sich immer mehr Organisationen mit dieser Technologie vertraut machen und mit geschäftsnahen Anwendungen der Quantentechnologie experimentieren«, sagt Iftikhar Ahmed, deutscher Ansprechpartner für das auf Quantentechnologie spezialisierte internationale Entwicklungslabor Q-Lab von Capgemini. »In den letzten zwei Jahren haben wir Vorreiter in der Finanzbranche gesehen – und gerade auch in der Automobilindustrie gibt es eine große Dynamik. Es ist entscheidend, sich heute vorzubereiten, um von diesen neuartigen Technologien profitieren zu können, wenn kommerzielle Anwendungen zum Mainstream werden.«

Alle Branchen können stark von Quantentechnologien profitieren

Während die überwiegende Mehrheit der Unternehmen, die sich mit Quantentechnologien befassen, vor mehr als zwei Jahren damit begonnen hat, gaben 28 Prozent von ihnen an, erst innerhalb der letzten zwei Jahre angefangen zu haben. Insgesamt bewegen sich Quantentechnologien allmählich aus Forschungsumgebungen heraus hin zu realen Anwendungen: Von den Organisationen, die an Quantentechnologien arbeiten, haben fast 20 Prozent das Implementierungsstadium erreicht (Experimente oder Proofs of Concepts). Weitere 23 Prozent haben relevante Anwendungsfälle identifiziert und bereiten deren Umsetzung vor.

Diese Unternehmen beabsichtigen, die Technologie auf vielfältige Weise zu nutzen, etwa für einen nachhaltigeren Betrieb, zur Entwicklung neuer Materialien für die Batterieherstellung, zur Sicherung von Informationen, bis hin zu medizinischen Sensoren und zur Eindämmung schädlicher Industrieabgase. Finanzdienstleister nutzen Quantentechnologien zur präziseren Tarifierung bei risikoreichen Anlagen, zur Optimierung ihrer Portfolios für bessere Renditen und zum Aufdecken von Betrugsfällen. Darüber hinaus streben Life-Sciences-Unternehmen an, den Medikamentenentwicklungszyklus mithilfe von Quantencomputern zu verkürzen.

Quantentechnologien: unterschiedliche Potenziale und Reifegrade

Das Capgemini Research Institute hat Tiefeninterviews mit mehr als 30 Branchenexperten weltweit geführt, um herauszufinden, wie die führenden Akteure Quantentechnologien bereits einsetzen. Elham Kashefi, Professor für Quantencomputing an der School of Informatics der Universität Edinburgh und Forschungsdirektor am Centre national de la recherche scientifique (CNRS) der Universität Sorbonne sowie Mitbegründer von VeriQloud Ltd, sagte: »Es kann ein weiteres Jahrzehnt dauern, um einen fehlertoleranten, universellen Quantencomputer zu bauen. Dennoch können wir auch mit Quantenrechnern der nahen Zukunft zu realen, leistungsfähigen Anwendungen kommen, wenn wir die Quantenalgorithmen für die aufkommende störungsanfällige Hardware anpassen und optimieren, verbunden mit maßgeschneiderten Verifizierungsverfahren.«

Quantencomputing hat von allen Quantendisziplinen das größte Potenzial, ist aber zugleich am wenigsten ausgereift. Das Entwicklungstempo hat zugenommen – angetrieben durch das Interesse von Investoren, wachsenden Anwendungsbereichen und technologischen Durchbrüchen. Im Schnitt glaubt die Mehrheit der Organisationen, die auf diesem Gebiet arbeiten, dass die ersten kommerziellen Anwendungen für Quantencomputing fünf Jahre entfernt sind.

Quantenkommunikation könnte die neuen Anforderungen an die Informationssicherheit erfüllen, insbesondere zur Sicherung des Informationsaustauschs mit externen Organisationen, zum Schutz kritischer Infrastruktur (Internet der Dinge und Cloud-basierte Technologien) innerhalb des Unternehmens oder zur Sicherung von Cloud-Rechenzentren. Auf der Quantenkryptografie basierende Systeme werden bereits eingeführt. Allerdings warten 58 Prozent der Organisationen, die an Quantensystemen arbeiten, auf die Definition von Standards, bevor sie dem Thema Quantensicherheit Priorität einräumen.

Quantensensorik ist zwar eher eine Nische, jedoch schon ausgereifter. Je kleiner, energieeffizienter und preiswerter Sensoren werden, umso mehr könnten sie in allen Branchen eine transformative Rolle spielen. Quantensensoren können die Messgenauigkeit erhöhen – insbesondere in der medizinischen Diagnostik und Versorgung, im Verteidigungssektor, in der Automobilindustrie, im Bauwesen, in der Öl- und Gasindustrie, der Raumfahrt und Telekommunikation. Dies könnten Quantengravimeter für die Exploration oder Vermessung von Land oder Wasser sein, Quantensensoren für die Prozesskontrolle und -sicherheit, Sensoren und Oszillatoren für die GPS-freie Navigation oder Magnetometer und Sensoren für die biomedizinische Bildgebung.

Sieben von zehn der an Quantentechnologie arbeitenden Unternehmen stimmen zu, dass sie aufgrund langer Produktentwicklungszyklen in ihrem Geschäftsbereich jetzt investieren müssen: in den Aufbau einer Basis für Quantentechnologien (in die richtigen Kompetenzen, die Identifizierung geeigneter Probleme und Anwendungsfälle sowie in Labor-Experimente oder Partnerschaften) und in die Integration von Quantentechnologien in ihre Prozesse. Mehr als die Hälfte (58 Prozent) der Entscheider aus Unternehmen, die sich mit Quantentechnologien befassen, gab an, innerhalb des letzten Jahres seitens ihrer Geschäftsleitung Unterstützung für Quantentechnologie-Initiativen zugesichert bekommen zu haben.

Jetzt schon auf den Quantenvorteil vorbereiten!

Auch wenn kommerzielle Anwendungen großen Maßstabs noch ein paar Jahre entfernt sind, empfehlen die Studienautoren Unternehmen, sich schon jetzt auf den Quantenvorteil einzustellen, also auf die Fähigkeit zu einer deutlich höheren Performance als mit dem derzeitigen Stand der Technik möglich ist. Sobald ein Anwendungsfall feststeht, können Unternehmen mit einem kleinen Team von Fachleuten zu experimentieren beginnen. Darüber hinaus wird es von entscheidender Bedeutung sein, die Anwendungsfälle mit dem größten Potenzial in kleine Quantenexperimente zu übersetzen, langfristige Partnerschaften mit Technologieanbietern einzugehen und eine Langzeitstrategie für den Ausbau der Quantenkompetenz zu entwickeln.

Methodik

Im November und Dezember 2021 hat das Capgemini Research Institute in einem ersten Schritt 857 Unternehmen gefragt, ob sie an Quantentechnologien arbeiten oder deren Einsatz planen. Im zweiten Schritt wurden 200 Entscheidungsträger von Unternehmen, auf die dies zutrifft, befragt. Ergänzt wurde die Umfrage durch mehr als 30 Tiefeninterviews mit Nutzern von Quantentechnologien in großen Unternehmen, mit Start-ups, Forschenden auf dem Gebiet der Quantentechnologie, Risikokapitalgebern in diesem Segment sowie mit Communities rund um Quantentechnologie.