Quantencomputing – Vorbereitung auf die nächste technologische Revolution

Das Zeitalter der Künstlichen Intelligenz hat gerade erst begonnen, und die nächste technologische Revolution steht schon vor der Tür: das Quantencomputing. Es lohnt sich für Unternehmen, sich mit konkreten Anwendungen und den Auswirkungen auf ihr Geschäft zu beschäftigen.

Die Technologie, die bisher eher ein Forschungsthema war, steht kurz davor, zu skalieren. Unternehmen und Regierungen auf der ganzen Welt investieren massiv in diese bahnbrechenden Systeme. Bis 2040 könnte der Markt für Quantencomputing ein Volumen von 93 Milliarden Euro erreichen, zeigen Analysen. Das entspricht einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 23 Milliarden seit 2020. Der Wettlauf um die Spitzenposition im Quantencomputing ist also in vollem Gange.

Vom Labor in die Wirtschaft

Große Technologieunternehmen wie IBM, Google, Microsoft, Intel und Amazon investieren Milliarden in die Entwicklung der nächsten Generation von Computern. Start-ups wie Alice & Bob, D-Wave, Rigetti, Quantinuum, IonQ, Quandela und Pasqal treiben die Technologie mit disruptiven Ansätzen ebenfalls voran.

Microsoft mit Majorana 1 und Amazon Web Services mit Ocelot haben kürzlich neue Ansätze für Quantenprozessoren angekündigt. Dies unterstreicht, wie schnell sich das Feld entwickelt. Für Unternehmen sind valide Anwendungsfälle und tatsächlicher Nutzen nicht mehr weit entfernt.

Sopra Steria glaubt an den bevorstehenden Durchbruch und hat sich über seine strategische Partnerschaft und seinen Investmentarm Sopra Steria Ventures an der letzten 100-Millionen-Euro-Finanzierungsrunde von Alice & Bob beteiligt. Das französische Unternehmen gehört zu den Top 10 der weltweiten Quanten-Start-ups, die das Rennen um den Quantencomputer gewinnen sollen. Alice & Bob gilt als Pionier der sogenannten „Cat-Qubits“, einer innovativen Technologie zur Fehlerkorrektur in Quantencomputern. Das Ziel: die Entwicklung eines fehlertoleranten Quantencomputers bis 2030. Die Technologie wird es Unternehmen aller Größenordnungen ermöglichen, ihren technologischen Reifegrad zu bewerten und neue Anwendungsfälle zu erforschen, wodurch die Einführung von Quantencomputern in verschiedenen Wirtschaftszweigen beschleunigt wird.

Alice & Bob: weniger Fehler, mehr Rechenleistung

Ein Hauptproblem der bestehenden Quantencomputer ist ihre hohe Fehleranfälligkeit. Hier setzt Alice & Bob mit seiner „Cat Qubit“-Technologie an. Diese Qubits können Fehler direkt korrigieren – eine Eigenschaft, die sie von klassischen Quantenbits unterscheidet. Der Vorteil: Alice & Bob benötigt für die Umsetzung von Algorithmen wie dem Shor’schen Algorithmus (wichtig, um bestimmte mathematische Aufgaben viel schneller zu lösen als gewöhnliche Computer) bis zu 60-mal weniger Qubits, in Verbindung mit fortschrittlichen Fehlerkorrekturmethoden sogar 200-mal weniger. In Zeiten, in denen die Anzahl der verfügbaren Qubits noch begrenzt ist, lassen sich damit komplexere Probleme lösen oder genauere Ergebnisse erzielen. Es ist so, als würde man beim klassischen Rechnen eine weniger komplexe CPU verwenden, ohne jedoch an Rechenleistung zu verlieren.

Alice & Bobs aktueller „Boson 4“-Chip hat bereits Bit-Flip-Zeiten von mehr als sieben Minuten gezeigt – eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen supraleitenden Qubits. Die Roadmap des Unternehmens sieht die Entwicklung eines universellen, fehlertoleranten Quantencomputers bis 2030 vor. Damit hat das Unternehmen einen klaren technologischen Vorsprung vor anderen Quantencomputern.

Das oben erwähnte AWS Ocelot verwendet ebenfalls Cat-Qubits, allerdings mit einer Besonderheit: Es koppelt sie mit Transmons, einer speziellen Art supraleitender Qubits. Cats speichern die Informationen, Transmons übernehmen die Fehlerkorrektur. Transmons sind eine ausgereiftere Technologie, mit der AWS größere Chips schneller bauen kann. Aber die Kombination mit Transmons schwächt die Superpower der Cat-Qubits. Zusätzlich zum reinen Cat-Ansatz wollen Alice & Bob so genannte Bitflips (spontane Wertänderungen eines einzelnen Bits) eliminieren. Das bedeutet, dass sie etwa zehnmal weniger Qubits als AWS benötigen, um nützliche Quantenalgorithmen auszuführen.

Der Fahrplan zur industriellen Nutzung von Quantencomputern

Der Übergang von der Forschung zur Praxis wird immer schneller vollzogen. Während Unternehmen wie IBM und Google bereits die ersten Quantenprozessoren mit mehr als 1.000 Qubits vorstellen, liegt die größte Herausforderung in der Skalierung und Fehlerkorrektur.

Genau hier setzen Alice & Bob mit ihrer „Cat Qubit“-Technologie an. Ihr Fahrplan sieht folgendermaßen aus:

• Weiterentwicklung der Fehlerkorrektur: die ersten marktfähigen Systeme mit verbesserter Stabilität.
• Pilotprojekte mit Industriepartnern: Quantencomputer werden in ersten realen Anwendungsszenarien getestet.
• Kommerzielle Verfügbarkeit eines fehlertoleranten Quantencomputers: Ein vollwertiger Quantencomputer soll bis 2030 zur Marktreife gebracht werden.

Sopra Steria unterstützt diesen Prozess aktiv – sowohl durch Investitionen als auch durch konkrete Partnerschaften mit Unternehmen, die sich auf das Quantenzeitalter vorbereiten möchten.

Quantencomputing in der Praxis: Branchen, die am meisten profitieren

Im Finanzsektor zum Beispiel zählt Geschwindigkeit. Die Analyse von Marktbewegungen, das Management von Risiken und die Portfoliooptimierung sind entscheidende Erfolgsfaktoren.

Quantencomputer können, dank ihrer Fähigkeit, komplexe Wahrscheinlichkeitsmodelle parallel zu berechnen, schneller und genauer arbeiten als herkömmliche Systeme. Banken und Vermögensverwalter können Quantenalgorithmen beispielsweise für die Bewertung komplexer Finanzprodukte oder die Simulation von Marktrisiken sowie in der Post-Quantum-Kryptographie in Form neuer Verschlüsselungsmethoden nutzen.

Sopra Steria unterstützt Finanzinstitute bereits dabei, erste Quanten-Anwendungsfälle zu identifizieren und mathematische Modelle so zu formulieren, dass sie für Quantencomputer optimiert sind. Diese Modelle werden dann in Zusammenarbeit mit Start-ups aus der Quantenindustrie auf realer Hardware getestet.

Ein zweiter großer Anwendungsbereich ist die Luft- und Raumfahrt. Die Industrie steht vor großen Herausforderungen: Nachhaltigkeit, steigende Treibstoffkosten und komplexe Logistiknetze. Quantencomputer können helfen, die Flugbahnen von Raketen so zu optimieren, dass sie weniger Treibstoff mitführen müssen. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Materialforschung. Neue Verbundwerkstoffe, die in der Raumfahrt benötigt werden, können mithilfe von Quantensimulationen schneller und präziser entwickelt werden.

Sopra Steria erforscht gemeinsam mit führenden Partnern der Branche quantengestützte Optimierungsverfahren für Produktion und Betrieb.

Ein dritter Bereich, der vom Quantencomputing profitieren wird, ist Transport und Logistik, insbesondere das Verkehrsmanagement. Verschiedene Transportwege müssen synchronisiert werden, und die Lieferketten werden durch geopolitische Ereignisse, Naturkatastrophen und Nachfrageschwankungen beeinflusst. Quantencomputing kann hier einen entscheidenden Vorteil bieten, indem es optimale Transport- und Lagerstrategien berechnet. Fluggesellschaften und Bahnunternehmen könnten mit Hilfe von Quantenmodellen ihre Fahrpläne optimieren und Verspätungen minimieren. Und Logistikanbieter könnten Routen und Frachtbewegungen in Echtzeit anpassen, um Engpässe zu vermeiden.

Sopra Steria arbeitet bereits mit führenden Unternehmen zusammen, um die ersten quantenbasierten Simulationsmodelle für den Transportsektor zu integrieren.

Ein weiterer Bereich ist die Optimierung von Telekommunikationsnetzen. Quantenalgorithmen können helfen, die Netzlast in Echtzeit effizienter zu verteilen und Störungen frühzeitig zu erkennen. Dies ermöglicht die dynamische Optimierung von Mobilfunknetzen und Rechenzentren. Sopra Steria arbeitet bereits mit großen europäischen Unternehmen wie einem Mobilfunknetzbetreiber an der Integration von quantenbasierten Simulationsmodellen zur optimalen Planung und Auslastung der jeweiligen Netze.

Quantencomputing als Herausforderung für die Cybersicherheit

Quantum Computing bietet zwar enorme Möglichkeiten, Geschäftsmodelle zu verändern. Andererseits stellt die Technologie Unternehmen vor eine große Herausforderung: Sobald Quantencomputer leistungsfähig genug sind, können sie aktuelle Verschlüsselungsstandards wie RSA (Rivest-Shamir-Adleman) und ECC (Elliptic Curve Cryptography) in kürzester Zeit brechen. Jedes Unternehmen muss daher seine Cybersicherheitsarchitekturen schon heute auf Post-Quantum-Kryptografie umstellen.

Wie Unternehmen das Potenzial des Quantencomputings für sich nutzen können

Das Quantencomputing wird die Wirtschaft langfristig grundlegend verändern. Noch kann die Technologie nicht alle Versprechen einlösen – doch wer sich frühzeitig mit dem Potenzial und den Risiken auseinandersetzt, wird sich entscheidende Wettbewerbsvorteile sichern. Drei Handlungsstränge sind heute entscheidend, um in Zukunft maximalen Nutzen aus dieser Innovation zu ziehen:

• Strategische Vorbereitung: Unternehmen sollten in offene Innovationsprojekte investieren, um erste Anwendungsfälle für das Quantencomputing zu identifizieren.
• Post-Quantum-Sicherheit: Die Entwicklung neuer Verschlüsselungsmethoden ist ein Muss, um geschäftskritische Daten langfristig zu schützen.
• Partnerschaften mit Technologieführern: Der Zugang zu Quantencomputing-Expertise durch Kooperationen mit Unternehmen wie Alice & Bob oder Tech-Giganten wie IBM und Microsoft wird entscheidend sein.

Die nächsten fünf Jahre werden weitgehend darüber entscheiden, welche Unternehmen an der Spitze der Quantenrevolution stehen werden – und welche zurückbleiben werden.

Das Zeitalter des Quantencomputers steht vor der Tür

Quantencomputer werden die Art und Weise, wie wir Daten verarbeiten, für immer verändern. Auch wenn es heute noch einige technologische Hürden gibt, wird sich der Fortschritt in den kommenden Jahren exponentiell beschleunigen. Unternehmen, die sich jetzt strategisch ausrichten, werden in der Lage sein, das Beste aus den Chancen dieser bahnbrechenden Technologie zu machen.