Benachrichtigung aktivieren Dürfen wir Sie in Ihrem Browser über die wichtigsten Nachrichten des Handelsblatts informieren? Sie erhalten 2-5 Meldungen pro Tag.
Fast geschafft Erlauben Sie handelsblatt.com Ihnen Benachrichtigungen zu schicken. Dies können Sie in der Meldung Ihres Browsers bestätigen.
Benachrichtigungen erfolgreich aktiviert Wir halten Sie ab sofort über die wichtigsten Nachrichten des Handelsblatts auf dem Laufenden. Sie erhalten 2-5 Meldungen pro Tag.
Jetzt Aktivieren
Nein, danke

Druck auf Bundesregierung Wirtschaft und Wissenschaft fordern Quantencomputer binnen fünf Jahren

Experten fürchten um die Zukunftsfähigkeit des Standorts Deutschland. Ein Strategiepapier soll der Politik schnell den Weg ins Quantenzeitalter weisen.
13.01.2021 - 19:36 Uhr Kommentieren
Ein großes Unternehmen mit Zugkraft fehlt Europa im Vergleich mit den USA bisher. Quelle: Max Boenke
Quantencomputer von IBM

Ein großes Unternehmen mit Zugkraft fehlt Europa im Vergleich mit den USA bisher.

(Foto: Max Boenke)

Stuttgart, Berlin, Düsseldorf Wirtschaft und Wissenschaft erhöhen den Druck auf die Bundesregierung, die Förderung von Quantentechnologien stärker voranzutreiben. Ein Expertengremium hat am Mittwoch dem Kanzleramt eine Roadmap vorgelegt, wie Deutschland einen Quantencomputer bauen kann. „Die Welt wartet nicht auf Deutschland. Wir müssen jetzt starten“, heißt es in dem Dokument, das dem Handelsblatt vorliegt.

Es geht um nicht weniger als die Zukunftsfähigkeit der deutschen Wirtschaft. Gerade bei den gigantisch wachsenden Datenmengen werden die den herkömmlichen Rechnern weit überlegenen Quantencomputer von zentraler Bedeutung sein, sowohl für Anwender als auch Komponentenzulieferer. Die Zeit drängt bei dem komplexen Entwicklungsvorhaben.

„Wir müssen als Industrienation bereits heute die Weichen für unseren Wohlstand im Jahr 2030 stellen“, sagt Peter Leibinger dem Handelsblatt. Der Entwicklungschef des Laserspezialisten Trumpf führt gemeinsam mit dem Münchener Physikprofessor Stefan Filipp den Expertenrat mit namhaften Vertretern aus Wissenschaft und Wirtschaft, darunter Konzerne wie Bosch, BASF und Volkswagen. „Wenn jetzt starke Partner aus Industrie, Wissenschaft und Bildung kooperieren, kann die deutsche Industrie in zehn Jahren sowohl Leitanwender als auch Leitanbieter sein“, betont Leibinger.

Binnen fünf Jahren soll es gelingen, „einen wettbewerbsfähigeren Quantenrechner mit mindestens 100 individuell ansteuerbaren Qubits“ zu bauen. Zudem soll das System erweiterbar auf 500 Qubits sein. Während herkömmliche Computer mit Bits arbeiten, rechnen Quantencomputer mit Qubits. Diese können nicht nur Nullen und Einsen, sondern auch alle Werte dazwischen einnehmen. Das erlaubt eine enorme Rechenkraft.

Top-Jobs des Tages

Jetzt die besten Jobs finden und
per E-Mail benachrichtigt werden.

Standort erkennen

    Die Roadmap gibt das Ziel aus, dass Deutschland in zehn Jahren an der Spitze des internationalen Wettbewerbs steht und die Quantencomputer langfristig einen breiten Nutzen für Wirtschaft und Gesellschaft erzielen. Die Experten bescheinigen Deutschland hervorragende wissenschaftliche Kompetenzen, die aber nicht schnell genug den Weg in die Anwendung und auf den Markt finden.

    Häufig werden die Grundlagen von Hochtechnologie in Deutschland erforscht wie etwa beim MP3-Player oder aktuell beim Impfstoffentwickler Biontech. Das große Geld mit der Anwendung der Technologie oder bei Produktion und Vertrieb verdienen dann US-Konzerne wie Apple oder Pfizer. Nach Halbleiter- und Batterietechnologie soll nicht die nächste wichtige Hochtechnologie der heimischen Wertschöpfung verloren gehen.

    Üppige Förderpakete als Anreiz

    Das sieht auch die Bundesregierung so. „Wir müssen die Forschungs- und Entwicklungsprozesse anders organisieren als in der Vergangenheit“, sagt Thomas Jarzombek, Beauftragter für digitale Wirtschaft im Bundeswirtschaftsministerium. „Es ist allgemeiner Konsens, dass die alten Mechanismen in Bezug auf Industrialisierung deutlich verändert werden müssen.“ 

    Daher wolle die Regierung auf Grundlage der Empfehlungen der Experten weiter diskutieren. Die Große Koalition hat in ihrem Konjunkturprogramm über zwei Milliarden Euro für die Förderung von Quantentechnologie bereitgestellt.

    Jarzombek begrüßt, dass die Roadmap Forschung und industrielle Umsetzung zusammendenkt. Genauso richtig sei es, dass die Experten „Tempo machen und mit dem Konzept den Wettbewerb betonen“. Es mache wenig Sinn, die Entwicklung eines Quantencomputers in staatliche Hände zu legen.

    Grafik

    Allerdings hatte das Wirtschaftsministerium ursprünglich andere Pläne. Demnach sollten die Fördermittel zwischen Wirtschafts- und Forschungsministerium aufgeteilt werden. Beide Häuser sollten sich mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammenschließen und zwei Konsortien bilden, um jeweils einen eigenen Ansatz zur Entwicklung eines Quantencomputers zu verfolgen. 

    Mit diesem Konzept konnte sich das Wirtschaftsministerium allerdings regierungsintern nicht durchsetzen. Kanzlerin Angela Merkel, selbst promovierte Quantenphysikerin, bestand auf einer einheitlichen Strategie. Daher wurden im Herbst Experten damit beauftragt, die Roadmap zu erarbeiten.

    Ob es bei der Entwicklung von Quantentechnologien an staatlicher Unterstützung mangelt, ist umstritten. Eine aktuelle Studie von McKinsey kommt zu einem anderen Ergebnis. Demnach kann Deutschland mit seinem Förderpaket mit führenden Ländern wie den USA locker mithalten. Die deutschen Programme zählten zu den größten weltweit, sagt Niko Mohr, McKinsey-Partner und Initiator des Quantum Computing Monitors. „Die Frage ist, ob diese Summe genügend Abnehmer findet, also Unternehmen, die planen, eigene Quantencomputer, Software oder Komponenten zu entwickeln.“

    In Deutschland gibt es vor allem Lieferanten von Komponenten für Quantencomputer und Start-ups , die Algorithmen entwickeln, mit denen diese Rechner arbeiten. Dafür aber sind keine so hohen Fördersummen nötig. Größter Kostenfaktor sind hier die Quantenphysiker und Informatiker.

    Treibendes Unternehmen fehlt bisher

    Bislang haben die USA bei der Technologie die Nase vorn, weil Konzerne wie IBM oder Google vorangehen. IBM verfügt bereits über Quantencomputer und verbessert deren Leistung ständig. Ein solcher Akteur fehlt bisher in Deutschland und Europa.

    Auch bei den jungen Unternehmen sind nordamerikanische Start-ups führend, zeigen die Daten von McKinsey. Die zehn größten Finanzierungsrunden der vergangenen vier Jahre haben ausschließlich Firmen aus den USA und Kanada wie D-Wave und Rigetti unter sich ausgemacht.

    Auch gibt es alternativ keinen Wissenschaftsverbund, der die Entwicklung eines Quantencomputersystems übernehmen könnte. Das muss sich nach Einschätzung der Experten jetzt ändern. „Große Unternehmen sollten beginnen, Kompetenzen in ihren Entwicklungsabteilungen aufzubauen. Kleine und mittelständische Unternehmen sollten prüfen, ob und wenn ja wie sie als Zulieferer oder Ausrüster für Quantentechnologien einen Beitrag leisten können“, sagt Peter Leibinger.

    Es gelte, möglichst schnell eine starke Position bei Patenten und ersten Anwendungen einzunehmen. Dann könnte Deutschland auch bei der Quantentechnologie zum Fabrikausrüster der Welt aufsteigen. Als Sofortmaßnahme schlagen die Experten einen Aufbau von Hubs und begleitenden Kompetenznetzwerken vor, die um die beste Lösung konkurrieren. Denn längst steht nicht fest, welche Technologieplattform und Software sich am Ende durchsetzen wird.

    Einer dieser Hubs könnte das Forschungszentrum Jülich werden, in dem mit Frank Wilhelm-Mauch einer der führenden deutschen Quantencomputer-Wissenschaftler das Institut für Quantum Computer Analytics leitet. Mauch sieht Deutschland und Europa in einer guten Startposition. Es gebe genügend Experten auf dem Gebiet und auch zahlreiche Hersteller von Komponenten für Quantencomputer.

    „Was fehlt, ist eine gemeinsame Vision und eine Art Lastenheft“, sagt Mauch dem Handelsblatt. „Nur so wird es möglich, die Einzelteile aus Software- und Hardware-Expertise zu einem Gesamtsystem zusammenzuführen.“ Der Expertenrat könne diese Orchestrierung übernehmen.

    Grafik

    Die beste Lösung soll sich in enger Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft innerhalb von fünf Jahren herauskristallisieren. Die Experten sehen das Rennen noch lange nicht verloren. Denn beim Quantencomputer steht die Welt jetzt, wo sie beim digitalen Computer vor 50 Jahren stand.

    Das Ganze soll eine ressortübergreifende Dachorganisation mit dem Namen Deutsche Quantengemeinschaft vorantreiben. Sie soll keine Behörde sein, aber mit eigener Kompetenz sicherstellen, dass ein Ökosystem aus Hardware- und Softwarezulieferern entsteht und der „Quantencomputer made in Germany“ aus einem Guss realisiert wird. Gleichzeitig sollen Anwendungen entwickelt werden, um das Potenzial der Technologie gewinnbringend zu nutzen.

    Wissenschaftler Mauch sieht allerdings bei den deutschen Konzernen Nachholbedarf. Kein einziges größeres IT-Unternehmen ist bislang in die Entwicklung eines Quantencomputers eingestiegen. Vom Profil her würden sich Konzerne wie Deutsche Telekom oder SAP anbieten, die im Hardware- beziehungsweise Softwarebereich Expertise besitzen. Mauch schränkt allerdings ein: „Hierzulande gibt es kein Unternehmen, das so große Summen in den Bau eines Quantencomputers investieren kann, wie zum Beispiel Google oder Microsoft.

    Am 21. Januar will die Kanzlerin das Konzept mit Vertretern aus Wirtschaft und Wissenschaft beraten. Allerdings gibt es innerhalb der Koalition noch Vorbehalte gegen die vorgeschlagene Gründung einer Dachorganisation . Diese sei zu umständlich und zeitaufwendig. Auch bei der Einbindung von Start-ups gebe es Verbesserungsbedarf.

    Die wichtigsten Technologien im Überblick

    Quantencomputer sind hochkomplexe Maschinen, von denen sich IT-Experten in Zukunft riesige Fortschritte in der Rechengeschwindigkeit erhoffen. Sie haben gegenüber klassischen Computern große Vorteile in der Lösung algorithmischer und Optimierungsprobleme. Es gibt verschiedene technologische Ansätze, die sich grob in drei Quantencomputer-Kategorien aufteilen.

    Gatterbasierter Quantencomputer

    Gatterbasierte Quantencomputer sind die Königsdisziplin. Umgangssprachlich kann man sie als universelle Quantencomputer bezeichnen. An diesen Rechnern arbeiten in den USA große Techunternehmen wie Google, IBM und Microsoft. Mit den Rechnern sollen in Zukunft alle Arten von Optimierungsproblemen – aus zahlreichen Variablen ideale Kombinationen und Prognosen ableiten – deutlich schneller berechnet werden können als mit klassischen Rechnern. Quantengatter könnten komplexe Aufgaben, für die konventionelle Computer Tausende Jahre benötigen würden, innerhalb von Minuten lösen. Experten sprechen von Quantenüberlegenheit.

    Die Leistung hat einen einfachen Grund: Heutige Computer arbeiten mit „Bits“, die auf einem binären System beruhen. Sie können nur einen „Null-Zustand“ oder einen „Eins-Zustand“ annehmen. Ein Bitcode besteht aus einer Kette von Milliarden Nullen und Einsen, die der Computer nacheinander abarbeitet.

    In Quantencomputern hingegen arbeiten sogenannte „Qubits“. Sie können im Gegensatz zu herkömmlichen Bits zeitgleich einen Null- und einen Eins-Zustand annehmen. Und gleichzeitig rechnen.

    Die schier unendliche Rechenleistung entfaltet sich, wenn mehrere Qubits miteinander verbunden werden. Allerdings sind Quantenteilchen sehr empfindlich und verändern bei der kleinsten Störung ihre kontrollierten Quanteneigenschaften. Bereits das Auslesen der Ergebnisse kann zu Verzerrungen führen.

    Damit die Rechner fehlerlos arbeiten können, müssen Weltallbedingungen herrschen – kein Sauerstoff, keine Gravitation und Temperaturen um den absoluten Nullpunkt. Und es gilt: Je mehr Qubits ein Rechner hat, desto instabiler ist er. Einwandfrei funktionierende gatterbasierte Rechner gibt es daher bisher nicht.

    Quanten-Annealer

    Als Überbrückungstechnologie gelten sogenannte Quanten-Annealer. Zu den führenden Anbietern zählt das kanadische Unternehmen D-Wave.

    Quanten-Annealer eignen sich vor allem für die Lösung kombinatorischer Optimierungsprobleme, zum Beispiel dem sogenannten „Traveling-Salesman-Problem“. Dabei muss ein Handelsreisender von einem Startpunkt aus mehrere Orte anfahren. Die Reihenfolge ist egal. Es gelten allerdings zwei Bedingungen: Der Startpunkt der Reise ist auch deren Endpunkt, und die gesamte Strecke muss so schnell wie möglich absolviert werden.

    Der Aufbau der Hardware von Quanten-Annealern ähnelt dem der gatterbasierten Rechner. Auch hier muss der Rechenkern unter anderem auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt heruntergekühlt werden. Allerdings können Quanten-Annealer nicht alle Arten von Optimierungsproblemen lösen.

    Dieser Nachteil ist zugleich auch ein Vorteil. Denn die Qubits der Quanten-Annealer sind im Gegensatz zu gatterbasierten Quantencomputern deutlich weniger fehleranfällig. Dadurch ergeben sich erste wirtschaftlich relevante Anwendungsfälle. So greifen unter anderem der Energiekonzern Eon und der Autobauer Volkswagen auf Rechner von D-Wave zurück.

    Quantenmaschinelles Lernen

    Der französische IT-Konzern Atos, eines der wenigen europäischen Unternehmen, die im Bereich des Quantumcomputings zu den führenden Spielern zählen, kombiniert die Eigenschaften klassischer Hardware mit der Quantenlogik. Atos entwickelt das sogenannte „quantenmaschinelle Lernen“, eine Art Hybridtechnologie. Der Clou: Die Hardware gatterbasierter Rechner und Quanten-Annealern wird auf klassischen Rechnern virtualisiert. Vereinfacht ausgedrückt wird beim quantenmaschinellen Lernen mit virtuellen Qubits gearbeitet.

    Der Vorteil: Die virtuellen Qubits laufen auf einer stabilen Hardwareinfrastruktur. Eine Quantenüberlegenheit lässt sich mit dem quantenmaschinellen Lernen aber nicht erreichen, höchstens eine Beschleunigung der Kalkulationen.

    Mehr: 2021 wird die Wirtschaft schneller, innovativer und produktiver – auch durch Corona.

    Startseite
    Mehr zu: Druck auf Bundesregierung - Wirtschaft und Wissenschaft fordern Quantencomputer binnen fünf Jahren
    0 Kommentare zu "Druck auf Bundesregierung: Wirtschaft und Wissenschaft fordern Quantencomputer binnen fünf Jahren"

    Das Kommentieren dieses Artikels wurde deaktiviert.

    Zur Startseite
    -0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%21%22%23%24%25%26%27%28%29%30%31%32%33%34%35%36%37%38%39%40%41%42%43%44%45%46%47%48%49%50%51%52%53%54%55%56%57%58%59%60%61%62%63%64%65%66%67%68%69%70%71%72%73%74%75%76%77%78%79%80%81%82%83%84%85%86%87%88%89%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%100%