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Der ROI der Quanteninformatik
Was wäre, wenn es eine Technologie gäbe, die es Ihrem Unternehmen ermöglicht, drastisch schneller auf äußere Ereignisse zu reagieren oder Simulationen durchzuführen, mit denen Ihre Wettbewerber nicht mithalten können? Was wäre, wenn Sie die Versandrouten angesichts sich ändernder Bedingungen optimieren, neue Materialien entdecken und die Preise für Optionen schnell und genau festlegen könnten?
Das Quantencomputing ist diese Technologie. Sie existiert bereits heute und wird in den nächsten Jahren einen tiefgreifenden Einfluss auf zahlreiche Branchen haben. Unternehmen in allen Teilen der Welt stellen Teams zusammen, um erste Anwendungen des Quantencomputings zu erforschen, weil sie es sich nicht leisten können, den Anschluss zu verlieren. Auch die Regierungen haben erkannt, dass das Quantencomputing eine strategische Technologie ist, und investieren Milliarden von Dollar in Exzellenzzentren, Forschungszuschüsse und private/öffentliche Partnerschaften.
Woher kommt dieser Geschwindigkeitszuwachs? Klassische Computer verwenden binäre Bits, die zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder den Wert 0 oder 1 annehmen. Quantencomputer verwenden Quantenbits, so genannte Qubits, die gleichzeitig 0 und 1 sein können. Hier wird es interessant. Ein klassischer 10-Bit-Computer kann einen von 1.024 Werten speichern und jeweils einen solchen Wert analysieren. Ein 10-Qubit-Quantencomputer kann gleichzeitig eine Kombination von 1.024 Werten speichern und diese 1.024 möglichen Werte gleichzeitig auswerten. Ein 20-Qubit-Quantencomputer kann eine Million Optionen gleichzeitig analysieren. Ein 300-Qubit-Computer, der voraussichtlich in zwei Jahren verfügbar sein wird, kann mehr Optionen untersuchen, als es Atome im Universum gibt. Quantencomputer bieten somit die Möglichkeit einer exponentiellen Beschleunigung der Verarbeitungszeiten.
Nehmen wir zum Beispiel eine UPS-Strecke, die 100 Pakete an verschiedenen Orten zustellen muss. Was ist die optimale Reihenfolge der Stopps? Welche Reihenfolge ist die schnellste? Welche ist am kosteneffektivsten? Welche Route hat die geringsten Umweltauswirkungen? Diese optimale Route kann sich im Laufe des Tages ändern, wenn sich die Verkehrs- oder Wetterbedingungen ändern. Als vor kurzem der Suezkanal blockiert war, mussten sich die weltweiten Schifffahrtsunternehmen zusammenraufen. Quantencomputer können diese Art von Problemen (das so genannte "Travelling-Salesperson-Problem") sehr effizient lösen. Wenn Uber, UPS oder ein globales Schifffahrtsunternehmen beispielsweise 15-20 % ihrer Transportkosten einsparen könnten, wäre das ein enormer Wettbewerbsvorteil, der sich in einem enormen Gewinn niederschlagen würde. Volkswagen ist ein Unternehmen, das mit der Verkehrsoptimierung experimentiert hat.
Ein weiteres multivariates Problem ist die Preisbildung bei Optionen. Ob Sie nun mit Rinderfutures, Ölfässern oder Aktienoptionen handeln, ihr Wert hängt von zahlreichen Faktoren ab. Analysten erstellen anspruchsvolle Modelle und führen dann Monte-Carlo-Simulationen durch, um den erwarteten Wert zu ermitteln. Quantencomputer können dies schneller und möglicherweise auch mit mehr Variablen tun. Die finanziellen Auswirkungen sind offensichtlich. Große Finanzunternehmen - Visa und J.P. Morgan sind zwei Beispiele - verfügen bereits über Quantenteams mit hochqualifizierten Quanteninformatikern, die sich mit dieser Art von Herausforderungen befassen.
Die Entdeckung von Arzneimitteln und die Erforschung neuer Materialien erfordern Simulationen, die zeigen, wie Atome und Elektronen miteinander interagieren. Aber selbst die stärksten klassischen Computer können nur die einfachsten Moleküle simulieren. Der berühmte Nobelpreisträger Richard Feynman sagte: "Die Natur ist nicht klassisch... und wenn man eine Simulation der Natur machen will, sollte man sie besser quantenmechanisch machen." Quantencomputer eignen sich viel besser für die Simulation von Quantenphänomenen und sind in der Lage, viel komplexere Moleküle zu analysieren, wodurch viel Rätselraten entfällt und die Zeit zur Erforschung neuer Medikamente oder Materialien drastisch verkürzt wird. Roche zum Beispiel ist ein Unternehmen, das die pharmazeutischen Auswirkungen des Quantencomputings erforscht. Wie wir aus den jüngsten Impfstoffentwicklungsprojekten gelernt haben, ist es sehr lukrativ, als Erster ein funktionierendes Produkt zu haben.
Führende Analystenfirmen haben dies ebenfalls zur Kenntnis genommen. Gartner sagte voraus, dass bis 2023 20 % der Unternehmen Budgets für Quantencomputing-Projekte einplanen werden. Die Boston Consulting Group schätzte im Juli 2021, dass Quantencomputing in den nächsten 15 bis 30 Jahren einen Wert von 450 bis 850 Milliarden Dollar schaffen könnte, und dass bereits in den nächsten drei bis fünf Jahren ein Wert von 5 bis 10 Milliarden Dollar für Nutzer und Anbieter anfallen könnte.
Abgesehen davon sind Quantencomputer weit davon entfernt, ein Allheilmittel zu sein. Arithmetische Berechnungen zum Beispiel lassen sich mit klassischen Computern viel besser durchführen. Das Gleiche gilt für E/A, Grafik und Benutzeroberfläche. Zoom-Meetings auf Quantencomputern durchführen? Keine gute Idee. Es ist wahrscheinlich, dass zumindest in naher Zukunft industrielle Lösungen eine Mischung aus klassischen und Quantencomputern sein werden. So wie Spielecomputer eine CPU und eine GPU haben, die zusammenarbeiten, um das beste Benutzererlebnis zu bieten, werden auch quantengestützte Lösungen teils klassisch, teils quantengestützt sein. Der klassische Teil würde den Quantenschaltkreis umschließen: Abrufen der Daten, Einspeisung in den Quantenalgorithmus, Extraktion der Ergebnisse und Einleitung der nächsten Schritte.
Die Unternehmen geben bereits jetzt jährlich fast 40 Milliarden Dollar für Hochleistungsrechner aus. Wenn Quantencomputer einige dieser Berechnungen schneller - oder sehr viel schneller - durchführen können, besteht die Möglichkeit einer sofortigen Kapitalrendite. In der Tat sagte Bob Sorensen, Senior Vice President bei Hyperion Research: "Quantencomputer sind der logische nächste Schritt für Unternehmen, die High-Performance-Computing nutzen. Ich glaube, dass Quantencomputing und -algorithmen eher als Quantenbeschleuniger bezeichnet werden sollten, da sie es Unternehmen in einer Vielzahl von Sektoren ermöglichen können, von neuen Effizienzen, Einsparungen und Geschwindigkeiten zu profitieren, um effektiver und wettbewerbsfähiger zu werden."
Wie lange wird es dauern, bis das Quantencomputing diese Vorteile bieten kann? Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern zu messen, und ein beliebtes Maß ist die Anzahl der Qubits (Quantenbits). Mehr Qubits ermöglichen die Ausführung anspruchsvollerer Algorithmen mit mehr Eingaben und mehr Funktionen. IBM beispielsweise hat seinen Fahrplan für Quantencomputer beschrieben, der ein Wachstum von 27 Qubits im Jahr 2019 auf 127 Qubits im Jahr 2021 und über 1100 Qubits im Jahr 2023 zeigt - ein Fortschritt, der schneller ist als das Mooresche Gesetz für klassische Computer. Solche Fortschritte scheinen zahlreiche Anwendungen zu ermöglichen, wenn sie mit der richtigen Softwareumgebung gekoppelt werden.
Wann würden Quantencomputer einen echten "Quantenvorteil" erreichen - also Berechnungen durchführen, die von klassischen Computern niemals durchgeführt werden können? Einige sind der Meinung, dass dies keine Rolle spielt. Hyperion Research ist ein Analystenunternehmen, das sich auf Hochleistungscomputer spezialisiert hat. Bob Sorensen, Senior VP bei Hyperion, berichtete über eine kürzlich durchgeführte Umfrage. Er sagt: "Mehr als die Hälfte der befragten Unternehmen gaben an, dass selbst eine 50-fache Leistungsverbesserung sie dazu veranlassen würde, das Quantencomputing ernsthaft in Betracht zu ziehen ... sie sind nicht an einer Quantenüberlegenheit interessiert."
Aber für jedes Unternehmen ist die Nutzung von Quantencomputern ein Prozess und kein Wunder, das über Nacht geschieht. Wir beobachten häufig, dass Unternehmen Sondierungsteams für Quantencomputer einrichten, die potenzielle Anwendungsfälle im gesamten Unternehmen identifizieren und dann kurze Proof-of-Concepts durchführen, um ihre Annahmen zu validieren. Wir helfen diesen Teams, indem wir ihnen eine Softwareentwicklungsplattform zur Verfügung stellen, mit der sie ihre Ideen schnell in funktionierende Quantenschaltungen umsetzen können. Durch diesen Prozess lernen die Unternehmen, den Hype von der Realität zu trennen, und gewinnen ein besseres Verständnis dafür, was heute schon realisierbar ist, was noch ein oder zwei Jahre warten muss und was vielleicht noch ein Jahrzehnt entfernt ist. Außerdem entwickeln sie ihr internes Quanten-Know-how, so dass sie führend sind und nicht schnell (oder langsam) hinterherlaufen.
Wenn Sie das Internet, mobile Geräte oder Cloud Computing nur langsam angenommen haben, haben Sie Ihrem Unternehmen einen strategischen Nachteil beschert. Wir nähern uns dem Punkt, an dem Quantencomputing in diese Kategorie fallen würde: anfangen zu lernen oder noch viele Jahre lang aufholen.
Was wäre, wenn es eine Technologie gäbe, die es Ihrem Unternehmen ermöglicht, drastisch schneller auf äußere Ereignisse zu reagieren oder Simulationen durchzuführen, mit denen Ihre Wettbewerber nicht mithalten können? Was wäre, wenn Sie die Versandrouten angesichts sich ändernder Bedingungen optimieren, neue Materialien entdecken und die Preise für Optionen schnell und genau festlegen könnten?
Das Quantencomputing ist diese Technologie. Sie existiert bereits heute und wird in den nächsten Jahren einen tiefgreifenden Einfluss auf zahlreiche Branchen haben. Unternehmen in allen Teilen der Welt stellen Teams zusammen, um erste Anwendungen des Quantencomputings zu erforschen, weil sie es sich nicht leisten können, den Anschluss zu verlieren. Auch die Regierungen haben erkannt, dass das Quantencomputing eine strategische Technologie ist, und investieren Milliarden von Dollar in Exzellenzzentren, Forschungszuschüsse und private/öffentliche Partnerschaften.
Woher kommt dieser Geschwindigkeitszuwachs? Klassische Computer verwenden binäre Bits, die zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder den Wert 0 oder 1 annehmen. Quantencomputer verwenden Quantenbits, so genannte Qubits, die gleichzeitig 0 und 1 sein können. Hier wird es interessant. Ein klassischer 10-Bit-Computer kann einen von 1.024 Werten speichern und jeweils einen solchen Wert analysieren. Ein 10-Qubit-Quantencomputer kann gleichzeitig eine Kombination von 1.024 Werten speichern und diese 1.024 möglichen Werte gleichzeitig auswerten. Ein 20-Qubit-Quantencomputer kann eine Million Optionen gleichzeitig analysieren. Ein 300-Qubit-Computer, der voraussichtlich in zwei Jahren verfügbar sein wird, kann mehr Optionen untersuchen, als es Atome im Universum gibt. Quantencomputer bieten somit die Möglichkeit einer exponentiellen Beschleunigung der Verarbeitungszeiten.
Nehmen wir zum Beispiel eine UPS-Strecke, die 100 Pakete an verschiedenen Orten zustellen muss. Was ist die optimale Reihenfolge der Stopps? Welche Reihenfolge ist die schnellste? Welche ist am kosteneffektivsten? Welche Route hat die geringsten Umweltauswirkungen? Diese optimale Route kann sich im Laufe des Tages ändern, wenn sich die Verkehrs- oder Wetterbedingungen ändern. Als vor kurzem der Suezkanal blockiert war, mussten sich die weltweiten Schifffahrtsunternehmen zusammenraufen. Quantencomputer können diese Art von Problemen (das so genannte "Travelling-Salesperson-Problem") sehr effizient lösen. Wenn Uber, UPS oder ein globales Schifffahrtsunternehmen beispielsweise 15-20 % ihrer Transportkosten einsparen könnten, wäre das ein enormer Wettbewerbsvorteil, der sich in einem enormen Gewinn niederschlagen würde. Volkswagen ist ein Unternehmen, das mit der Verkehrsoptimierung experimentiert hat.
Ein weiteres multivariates Problem ist die Preisbildung bei Optionen. Ob Sie nun mit Rinderfutures, Ölfässern oder Aktienoptionen handeln, ihr Wert hängt von zahlreichen Faktoren ab. Analysten erstellen anspruchsvolle Modelle und führen dann Monte-Carlo-Simulationen durch, um den erwarteten Wert zu ermitteln. Quantencomputer können dies schneller und möglicherweise auch mit mehr Variablen tun. Die finanziellen Auswirkungen sind offensichtlich. Große Finanzunternehmen - Visa und J.P. Morgan sind zwei Beispiele - verfügen bereits über Quantenteams mit hochqualifizierten Quanteninformatikern, die sich mit dieser Art von Herausforderungen befassen.
Die Entdeckung von Arzneimitteln und die Erforschung neuer Materialien erfordern Simulationen, die zeigen, wie Atome und Elektronen miteinander interagieren. Aber selbst die stärksten klassischen Computer können nur die einfachsten Moleküle simulieren. Der berühmte Nobelpreisträger Richard Feynman sagte: "Die Natur ist nicht klassisch... und wenn man eine Simulation der Natur machen will, sollte man sie besser quantenmechanisch machen." Quantencomputer eignen sich viel besser für die Simulation von Quantenphänomenen und sind in der Lage, viel komplexere Moleküle zu analysieren, wodurch viel Rätselraten entfällt und die Zeit zur Erforschung neuer Medikamente oder Materialien drastisch verkürzt wird. Roche zum Beispiel ist ein Unternehmen, das die pharmazeutischen Auswirkungen des Quantencomputings erforscht. Wie wir aus den jüngsten Impfstoffentwicklungsprojekten gelernt haben, ist es sehr lukrativ, als Erster ein funktionierendes Produkt zu haben.
Führende Analystenfirmen haben dies ebenfalls zur Kenntnis genommen. Gartner sagte voraus, dass bis 2023 20 % der Unternehmen Budgets für Quantencomputing-Projekte einplanen werden. Die Boston Consulting Group schätzte im Juli 2021, dass Quantencomputing in den nächsten 15 bis 30 Jahren einen Wert von 450 bis 850 Milliarden Dollar schaffen könnte, und dass bereits in den nächsten drei bis fünf Jahren ein Wert von 5 bis 10 Milliarden Dollar für Nutzer und Anbieter anfallen könnte.
Abgesehen davon sind Quantencomputer weit davon entfernt, ein Allheilmittel zu sein. Arithmetische Berechnungen zum Beispiel lassen sich mit klassischen Computern viel besser durchführen. Das Gleiche gilt für E/A, Grafik und Benutzeroberfläche. Zoom-Meetings auf Quantencomputern durchführen? Keine gute Idee. Es ist wahrscheinlich, dass zumindest in naher Zukunft industrielle Lösungen eine Mischung aus klassischen und Quantencomputern sein werden. So wie Spielecomputer eine CPU und eine GPU haben, die zusammenarbeiten, um das beste Benutzererlebnis zu bieten, werden auch quantengestützte Lösungen teils klassisch, teils quantengestützt sein. Der klassische Teil würde den Quantenschaltkreis umschließen: Abrufen der Daten, Einspeisung in den Quantenalgorithmus, Extraktion der Ergebnisse und Einleitung der nächsten Schritte.
Die Unternehmen geben bereits jetzt jährlich fast 40 Milliarden Dollar für Hochleistungsrechner aus. Wenn Quantencomputer einige dieser Berechnungen schneller - oder sehr viel schneller - durchführen können, besteht die Möglichkeit einer sofortigen Kapitalrendite. In der Tat sagte Bob Sorensen, Senior Vice President bei Hyperion Research: "Quantencomputer sind der logische nächste Schritt für Unternehmen, die High-Performance-Computing nutzen. Ich glaube, dass Quantencomputing und -algorithmen eher als Quantenbeschleuniger bezeichnet werden sollten, da sie es Unternehmen in einer Vielzahl von Sektoren ermöglichen können, von neuen Effizienzen, Einsparungen und Geschwindigkeiten zu profitieren, um effektiver und wettbewerbsfähiger zu werden."
Wie lange wird es dauern, bis das Quantencomputing diese Vorteile bieten kann? Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern zu messen, und ein beliebtes Maß ist die Anzahl der Qubits (Quantenbits). Mehr Qubits ermöglichen die Ausführung anspruchsvollerer Algorithmen mit mehr Eingaben und mehr Funktionen. IBM beispielsweise hat seinen Fahrplan für Quantencomputer beschrieben, der ein Wachstum von 27 Qubits im Jahr 2019 auf 127 Qubits im Jahr 2021 und über 1100 Qubits im Jahr 2023 zeigt - ein Fortschritt, der schneller ist als das Mooresche Gesetz für klassische Computer. Solche Fortschritte scheinen zahlreiche Anwendungen zu ermöglichen, wenn sie mit der richtigen Softwareumgebung gekoppelt werden.
Wann würden Quantencomputer einen echten "Quantenvorteil" erreichen - also Berechnungen durchführen, die von klassischen Computern niemals durchgeführt werden können? Einige sind der Meinung, dass dies keine Rolle spielt. Hyperion Research ist ein Analystenunternehmen, das sich auf Hochleistungscomputer spezialisiert hat. Bob Sorensen, Senior VP bei Hyperion, berichtete über eine kürzlich durchgeführte Umfrage. Er sagt: "Mehr als die Hälfte der befragten Unternehmen gaben an, dass selbst eine 50-fache Leistungsverbesserung sie dazu veranlassen würde, das Quantencomputing ernsthaft in Betracht zu ziehen ... sie sind nicht an einer Quantenüberlegenheit interessiert."
Aber für jedes Unternehmen ist die Nutzung von Quantencomputern ein Prozess und kein Wunder, das über Nacht geschieht. Wir beobachten häufig, dass Unternehmen Sondierungsteams für Quantencomputer einrichten, die potenzielle Anwendungsfälle im gesamten Unternehmen identifizieren und dann kurze Proof-of-Concepts durchführen, um ihre Annahmen zu validieren. Wir helfen diesen Teams, indem wir ihnen eine Softwareentwicklungsplattform zur Verfügung stellen, mit der sie ihre Ideen schnell in funktionierende Quantenschaltungen umsetzen können. Durch diesen Prozess lernen die Unternehmen, den Hype von der Realität zu trennen, und gewinnen ein besseres Verständnis dafür, was heute schon realisierbar ist, was noch ein oder zwei Jahre warten muss und was vielleicht noch ein Jahrzehnt entfernt ist. Außerdem entwickeln sie ihr internes Quanten-Know-how, so dass sie führend sind und nicht schnell (oder langsam) hinterherlaufen.
Wenn Sie das Internet, mobile Geräte oder Cloud Computing nur langsam angenommen haben, haben Sie Ihrem Unternehmen einen strategischen Nachteil beschert. Wir nähern uns dem Punkt, an dem Quantencomputing in diese Kategorie fallen würde: anfangen zu lernen oder noch viele Jahre lang aufholen.
Über "Der Podcast des Qubit-Typen"
Der Podcast wird von The Qubit Guy (Yuval Boger, unser Chief Marketing Officer) moderiert. In ihm diskutieren Vordenker der Quanteninformatik über geschäftliche und technische Fragen, die das Ökosystem der Quanteninformatik betreffen. Unsere Gäste geben interessante Einblicke in Quantencomputer-Software und -Algorithmen, Quantencomputer-Hardware, Schlüsselanwendungen für Quantencomputer, Marktstudien der Quantenindustrie und vieles mehr.
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