„Kompetenzvorsprung ist entscheidend“

ITD: Herr Wender, wo steht Deutschland im Bereich „Quantencomputing“ im Vergleich zu anderen europäischen Ländern?
Jan Wender: Wenn wir einerseits das Förderprogramm der Bundesregierung für den Bereich „Quantencomputing“ betrachten, ist Deutschland hintendran, weil die anderen europäischen Länder, wie beispielsweise Frankreich, schon gestartet sind. Andererseits gibt es seit diesem Sommer mit der IBM Quantum One in Ehningen einen ersten „richtigen“ Quantencomputer in Deutschland. Hier ist man den anderen Ländern Europas voraus. Deutschland bringt als Innovationsstandort in Europa ausgezeichnete Voraussetzungen mit und plant, in den nächsten Jahren rund 2 Mrd. Euro in die Forschung und Entwicklung der Quantencomputer zu investieren. Dieses Momentum gilt es jedoch auch zu nutzen, und zwar hier und jetzt. Deutsche Unter­nehmen und Organisationen sollten nicht auf kom­merzielle Quantenrechner warten, sondern sich schon jetzt mit der zugrunde liegenden Technologie beschäf­tigen. Quanten-Accelerators sind bereits verfügbar – und Noisy-Intermediate-Scale-Quantum-Computer (NISQ) mit nutzbarer Größe sehr bald –, erhalten jedoch nur sehr wenig Aufmerksamkeit. Das ist pro­blematisch, denn nur wenn wir verstehen, wie wir die Vorteile des Quantencomputings für uns nutzen ­können, sind wir in der Lage, im globalen Wettlauf mitzuhalten – nicht nur in der Forschung, sondern auch im industriellen Kontext.

ITD: Was können Supercomputer wie etwa Juwels in ­Jülich anno 2021 leisten?
Wender: Supercomputer – übrigens nicht zu verwechseln mit Quantencomputern – werden neben der Grund­lagenforschung inzwischen auch für die Analyse und Lösungsfindung in vielen praktischen Bereichen eingesetzt. Die Leistung eines Supercomputers, wie etwa Juwels, wird benötigt, um ­beispielsweise Proteine und ihre Wechselwirkungen mit Rezeptoren realitätsnah zu simulieren und hierdurch die Medi­kamentenent­wicklung massiv zu beschleunigen. Aber auch Bereiche wie nachhaltiges Energiemanagement, Materialforschung oder Hirnforschung setzen heute auf Supercomputer. Und natürlich auch im Kampf gegen den Klimawandel kommt die ­Technologie zum Einsatz: Hier können Modelle mit deutlich höherer Auflösung gerechnet werden. Dies verbessert unser Verständnis des Klimawandels und erlaubt es, die Auswirkung bestimmter Maßnahmen besser einzuschätzen.

ITD: Warum sollten sich Unternehmen frühzeitig mit Quantencomputing befassen?
Wender: Wie bereits erwähnt geht es darum, Erfahrungen zu sammeln, um praxisnahe Einsatzszenarien zu entwickeln, die genutzt werden können, sobald die Technologie in der Breite verfügbar ist. Mit Blick auf Quantencomputer verhält es sich ein wenig wie mit der Entwicklung des Internets oder der ersten kommerziellen Computer: Wer von Anfang an dabei ist, hat in der Adaptionsphase einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Zu oft wird das Thema „Quantencomputing“ oder auch das „Supercomputing“ mit realitätsfernen Wissenschaftsprojekten assoziiert, die in der Regel ­wenig direkten, greifbaren Nutzen für Unternehmen haben. Doch mit diesen Technologien werden Unternehmen zukünftig in der Lage sein, die Anwendungsbereiche der Künstlichen Intelligenz (KI) und der intelligenten Datenanalyse noch viel stärker auszubauen und für sich zu nutzen. Ein häufig herange­zogenes Beispiel, um die Grenzen der derzeitigen Rechenleistung aufzuzeigen, ist das sogenannte Traveling-Salesman-Problem: Ein Mobilitätsunter­nehmen möchte seine Routen optimieren, indem es den Einsatz seiner Fahrzeugflotte effizienter plant. Schon die kürzeste Route für ein Fahrzeug zu finden, um mehrere Orte nacheinander anzufahren, liegt derzeit teilweise jenseits aktueller Computerrechenleistungen. Um die Vorteile des Quantencomputings als Unternehmen zu nutzen, ist es nicht damit getan, auf die Verfügbarkeit von Quantencomputern zu warten und diese Maschinen – ganz salopp gesagt – hinzustellen.

ITD: Warum geht es bei dem Thema nicht nur um ­Hardware?
Wender: Zugegeben, die Hardware ist derzeit nur bedingt verfügbar. Doch hier geht es, wie Sie schon sagen, nicht nur um die Hardware: Vielmehr müssen sich Unternehmen mit der Art und Weise, wie Quantencomputer genutzt werden können, beschäftigen. Ein neuer Programmieransatz ist gefragt. Würde man die klassischen Algorithmen bei einem Quantencomputer anwenden, blieben die Vorteile des Quantencomputings ungenutzt. Daher müssen sich auch Unternehmen darauf vorbereiten, spezielle Quantenalgorithmen entwickeln zu können, die Eigenschaften der Quantencomputer effektiv nutzen. Nur so können komplexe mathematische Anforderungen, etwa multiple Optimierungsprobleme, gelöst werden und auch für Unternehmen den entscheidenden Mehrwert bringen.

ITD: Wie können sich Unternehmen der Technologie schrittweise nähern?
Wender: Unternehmen, die sich mit dem Einsatz dieser Technologie beschäftigt haben, werden einen enormen Vorteil haben, sobald Quantum Processing Units (QPUs) verfügbar sind. Daher müssen sie sich vorab folgende Frage stellen: Wie programmiere ich einen Quantencomputer? Entwickler im Unternehmen brauchen ein sehr gutes Verständnis davon, wie diese funktionieren und wie sie mit ihnen arbeiten können – und zwar nicht erst, wenn die Hardware geliefert wird. Ein Tipp wäre, bestehende moderne Simulatoren, wie etwa die Atos Quantum Learning Machine (QLM), zu nutzen, um Erfahrung in der Programmierung zu sammeln. Einer der Vorteile der Simulation auf der QLM ist, dass diese die exakte Ausführung eines Quantenprogramms berechnen kann.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 11/2021. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Damit simuliert sie die Gesetze der Physik, die das Herzstück des Quantencomputers darstellen, und kann die Ausführung auf einer QPU korrekt nachvollziehen. Alternativ kann ein „perfekter“ Quantencomputer simuliert werden, um damit verwendbare Ergebnisse zu produzieren. Die Simulation ermöglicht es Entwicklern, sich auf ihre Anwendungen und Algorithmen zu konzentrieren. Nur so können sich Unternehmen jetzt schon dem Thema einen konkreten Schritt annähern. Unternehmen sollten daher nicht auf die Hardware warten, um in diesem Rennen um die Zukunftstechnologie vorn zu sein. Jetzt bereits Ressourcen (sowohl finanziell als auch personell) zu investieren, lohnt sich also, denn der Kompetenzvorsprung wird im Wettbewerb entscheidend sein.

Bildquelle: Atos