Nachdem Quantencomputing lange Zeit als spannendes Gedankenexperiment für theoretische Physiker galt, stehen wir mittlerweile vor dem Durchbruch zur kommerziellen Nutzung dieser wichtigen Zukunftstechnologie. Was genau können wir bereits für 2024 erwarten? Dr. Jan Goetz, CEO von IQM Quantum Computers und Gründer des Jahres, erklärt in seiner Vorhersage, was schon 2024 möglich sein wird und was nicht.

 

Cybersicherheit

Es ist unwahrscheinlich, dass wir auf dem Gebiet der Quanten-Cybersicherheit bereits 2024 signifikante Durchbrüche erleben werden. Das gilt insbesondere für das Knacken von Codes. Nichtsdestoweniger wird die Umstellung auf eine quantensichere Verschlüsselung erhebliche Investitionen an Zeit und Ressourcen erfordern, und es ist unerlässlich, die Sicherheit sensibler Daten auf lange Sicht zu gewährleisten. Dies ist eine Gelegenheit für Organisationen und Institutionen, sich weiterzubilden und ihre Verschlüsselungssysteme so anzupassen, dass sie quantensicher werden. Was andere Sicherheitsanwendungen betrifft, so könnten sich weitere Anwendungsfälle für die Betrugserkennung mit Hilfe von Quantencomputern ergeben.

 

Machine Learning, Prozessoptimierung, Batterieentwicklung

Während die Fortschritte im Bereich der Quanten-Cybersicherheit langsam voranschreiten, gibt es andere Bereiche, in denen wir dem Quantenvorteil näherkommen. Ein solcher Bereich ist das maschinelle Lernen, wo das Quantencomputing bei komplexen Problemen erhebliche Geschwindigkeitssteigerungen ermöglichen kann. Wir sehen bereits, dass dies in Projekten wie der Prozessoptimierung in der Produktion getestet wird. Ein weiterer Bereich, in dem sich das Quantencomputing als vielversprechend erweist, ist die Simulation bei chemischen Fragestellungen. Dies wird bereits bei Projekten wie der Batterieentwicklung eingesetzt.

 

Weitere Branchen und Anwendungsfälle

2024 werden weitere Proof-of-Concept-Anwendungsfälle aus zusätzlichen Branchen hinzukommen. Dies erfordert die Zusammenarbeit zwischen Endnutzern und Quantenexperten, um Anwendungsfälle zu ermitteln und Lösungen zu entwickeln, die die einzigartigen Fähigkeiten des Quantencomputings nutzen. Insgesamt braucht der Fortschritt in diesen Bereichen zwar Zeit, aber die potenziellen Vorteile des Quantencomputings machen es zu einem spannenden und vielversprechenden Innovationsbereich für die kommenden Jahre.

 

Early Adopters im Vorteil

Unternehmen werden bald in der Lage sein, in die Fußstapfen von Universitäten und Forschungseinrichtungen zu treten, die als erste Quantencomputer erworben haben. Die Gewinner im Rennen um den Quantenvorteil werden diejenigen sein, die frühzeitig mit der Technologie experimentieren. Wie jede bahnbrechende Technologie erfordert die Einführung der Quantentechnologie Mut und Geduld. Die Erfahrung zeigt, dass die ersten Anwender transformativer Technologien großen Nutzen daraus ziehen. Ein gutes Beispiel ist Apple, das unter anderem durch seinen Wechsel zur Touchscreen-Technologie mit dem ersten iPhone den Mobiltelefonmarkt revolutionierte. Ein Early Adopter zu sein, ist nie billig, aber beim Quantencomputing ist es viel erschwinglicher als die meisten annehmen. Führende Quantencomputer-Architekturen sind modular aufgebaut und Unternehmen können die Systemkapazität (und somit ihre Investitionen) durch Upgrades schrittweise steigern.

Dr. Jan Goetz, CEO von IQM Quantum Computers

 

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Welchen Entwicklungsstand hat das Quantencomputing in diesem Jahr erreicht? Wie sehen die Trends für die nächsten Jahre aus?

Quantencomputing ist eine der spannendsten und innovativsten Technologien unserer Zeit. Es verspricht, die Grenzen der klassischen Informatik zu sprengen und neue Möglichkeiten für Berechnungen, Verschlüsselung, Simulation und künstliche Intelligenz zu eröffnen. Doch wie weit ist das Quantencomputing im Jahr 2023 wirklich fortgeschritten? Und welche Trends zeichnen sich für die Zukunft ab?

 

Der aktuelle Stand des Quantencomputing

Quantencomputer nutzen die Prinzipien der Quantenmechanik, um Informationen in Form von Quantenbits oder Qubits zu verarbeiten. Diese können im Gegensatz zu herkömmlichen Bits nicht nur die Werte 0 oder 1 annehmen, sondern auch beide gleichzeitig in einem Zustand der Superposition. Dadurch können Quantencomputer parallel mehrere Berechnungen durchführen und exponentiell schneller sein als herkömmliche Computer.

Allerdings ist das Quantencomputing noch weit davon entfernt, seine volle Leistungsfähigkeit zu entfalten. Die größte Herausforderung besteht darin, die Qubits stabil zu halten und vor äußeren Störungen zu schützen, die ihre Superposition zerstören können. Dieses Phänomen wird als Dekohärenz bezeichnet und begrenzt die Anzahl der Qubits, die miteinander verknüpft werden können, sowie die Dauer der Berechnungen.

Bisher haben nur wenige Unternehmen und Forschungseinrichtungen Quantencomputer gebaut, die mehr als 50 Qubits erreichen können. Zu den bekanntesten gehören Google, IBM, Microsoft, Intel, Amazon und Alibaba. Im Jahr 2019 gelang Google ein historischer Durchbruch, als es mit seinem 53-Qubit-Quantencomputer namens Sycamore eine Berechnung in 200 Sekunden durchführte, für die ein herkömmlicher Supercomputer etwa 10.000 Jahre gebraucht hätte. Dieses Ereignis wurde als Quantenüberlegenheit bezeichnet, da es zeigte, dass ein Quantencomputer eine Aufgabe lösen kann, die für einen klassischen Computer praktisch unmöglich ist.

Seitdem haben sich die Quantencomputer weiterentwickelt und neue Rekorde aufgestellt. Im Jahr 2020 stellte IBM seinen 65-Qubit-Quantencomputer namens Hummingbird vor, der eine Rechenleistung von mehr als einer Billiarde Operationen pro Sekunde erreichen soll. Im Jahr 2021 präsentierte China seinen 66-Qubit-Quantencomputer namens Zuchongzhi, der eine Berechnung in 70 Minuten durchführte, für die ein herkömmlicher Supercomputer etwa acht Jahre gebraucht hätte. Im Jahr 2022 kündigte Google seinen 72-Qubit-Quantencomputer namens Bristlecone an, der eine Rechenleistung von mehr als zwei Billiarden Operationen pro Sekunde erreichen soll.

 

Die Trends für die Zukunft des Quantencomputing

Die Entwicklung des Quantencomputing ist noch lange nicht abgeschlossen. Die Experten sind sich einig, dass es noch viele Jahre dauern wird, bis wir einen universellen Quantencomputer haben werden, der jede Art von Problem lösen kann. Bis dahin werden sich die Quantencomputer auf spezielle Anwendungen konzentrieren, die von ihrem Potenzial profitieren können. Zu diesen gehören unter anderem:

• Die Optimierung von komplexen Systemen wie Verkehr, Logistik, Energie oder Finanzen.
• Die Simulation von physikalischen Prozessen wie Molekülen, Materialien oder Klima.
• Die Verschlüsselung und Entschlüsselung von Daten mit höherer Sicherheit und Effizienz.
• Die künstliche Intelligenz und das maschinelle Lernen mit höherer Geschwindigkeit und Genauigkeit.

 

Um diese Anwendungen zu ermöglichen, werden die Quantencomputer in den nächsten Jahren mehrere Trends verfolgen:

• Die Erhöhung der Anzahl der Qubits und der Rechenleistung.
• Die Verbesserung der Fehlerkorrektur und der Dekohärenzkontrolle.
• Die Entwicklung von neuen Algorithmen und Software für das Quantencomputing.
• Die Integration von klassischen und quantenmechanischen Systemen.
• Die Demokratisierung des Zugangs zum Quantencomputing durch Cloud-Dienste und offene Plattformen.

 

Das Fazit

Das Quantencomputing ist eine revolutionäre Technologie, die das Potenzial hat, die Welt zu verändern. Es befindet sich noch in einem frühen Stadium der Entwicklung, aber es macht stetige Fortschritte und zeigt beeindruckende Ergebnisse. Die Zukunft des Quantencomputing ist vielversprechend, aber auch herausfordernd. Es erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern, Ingenieuren, Programmierern und Anwendern, um die Grenzen des Möglichen zu erweitern und die Vorteile des Quantencomputing für die Gesellschaft zu nutzen.

Genki Absmeier