Onboarding von Quantum Computing in Ihrem Unternehmen – eine technische Perspektive 

Inhaltsverzeichnis

1. Cloud Quantum Computing  
2. Schnelle Leistungssteigerung – Quantum Processing Unit Performance 
3. Vernetzung von Quantum Chips  

Quantencomputer sollen die Industrie in allen Branchen revolutionieren. Sie versprechen, Probleme zu lösen, die mit herkömmlichen Methoden derzeit nicht oder nicht praktikabel zu handhaben sind. Während die realen Anwendungsfälle von Quantencomputern noch relativ selten sind, nutzen Early Adopters diese Technologie bereits, um geschäftlichen Nutzen zu generieren. Ich selbst hatte die Gelegenheit, an einem solchen Projekt für einen unserer Kunden zu arbeiten. 

Ist diese Technologie auf Ihrem Radar aufgetaucht? Haben Sie darüber nachgedacht, es in Ihrer Organisation einzuführen? Denken Sie, dass dies ein guter Zeitpunkt ist, um Ihre ersten Schritte zu planen? 

In diesem Artikel möchte ich drei Hauptgründe nennen, warum Sie mit der Untersuchung von Quantum Computing beginnen und eine Einführung in Ihrer Organisation in Betracht ziehen sollten. 

Sie fragen sich wahrscheinlich, welche Arten von Problemen mit dieser Technologie gelöst werden können. Mehrere Beispiele aus der Praxis zeigen, dass Quantencomputer gut für Anwendungen geeignet sind, bei denen es um Optimierung und das Lösen kombinatorischer Herausforderungen geht. Bei aktueller Quantenhardware ist die Bandbreite an Lösungen, die einen geschäftlichen Mehrwert generieren können, immer noch gering. Sie müssen bei der Auswahl des Bereichs, den Sie mit dieser Technologie ansprechen möchten, vorsichtig sein. 

Bevor wir ins Detail gehen, schauen wir uns die Vorhersagen an. Laut der Umfrage von EY „Quantum Readiness 2022“ glaubt fast die Hälfte (48 %) der Befragten, dass Quantum Computing bis 2025 eine bedeutende Rolle in ihrer Branche spielen wird. Die überwiegende Mehrheit (97 %) glaubt, dass Quantum ihre Branchen revolutionieren wird – ebenso wie Großbritannien Wirtschaft – zumindest teilweise bis 2027. 

Diese signifikanten Indikatoren sollten ausreichen, um diese Technologie auf den Radar zu bringen. Aus technischer Sicht sehe ich drei Hauptgründe, warum jetzt ein guter Zeitpunkt ist, sich mit dieser Technologie zu befassen. Erstens ist die Quantentechnologie dank der Verfügbarkeit von Cloud-Quantencomputern zugänglicher denn je. Zweitens bedeuten aggressive Roadmaps, dass sich Quantenverarbeitungseinheiten (QPUs) schnell zu kommerzieller Nützlichkeit entwickeln. Schließlich werden innovative Skalierungstechniken bald Quanten auf viel größere Geschäftsprobleme anwenden. 

Cloud Quantum Computing  

Die Möglichkeit, Ihre Quantenanwendung in der Cloud auszuführen, ist ein Game Changer für diese Technologie. Sie müssen Ihr Budget nicht auf Millionen aufstocken, um Ihrem Rechenzentrum Quantenfunktionen hinzuzufügen. Stattdessen können Sie Ihre Quantenanwendung in der Cloud ausführen. Sie haben zwei Möglichkeiten – entweder die Cloud des Quantenhardware-Anbieters direkt zu nutzen oder einen Quantum Service zu nutzen, der von einem der allgemeinen Cloud-Anbieter (wie AWS oder Microsoft Azure) angeboten wird. Beide Ansätze haben ihre Vor- und Nachteile. 

Die Cloud des Quantum-Hardware-Anbieters ermöglicht Ihnen den Zugriff auf die neueste Technologie und die wahrscheinlich ausgereiftesten Tools. Allerdings müssen Sie Ihrem Unternehmen einen neuen Partner vorstellen und eine rechtliche Prüfung durchführen. 

Im Fall des allgemeinen Cloud-Anbieters besteht eine beträchtliche Chance, dass Ihr Unternehmen bereits mit ihm zusammenarbeitet. In diesem Fall wird durch das Testen von Quantum Computing nur ein Artikel in Ihrer Rechnung hinzugefügt. Darüber hinaus können Sie mit diesem Ansatz überprüfen, wie Ihre Anwendung auf mehreren Quantum-Hardwareplattformen funktioniert. Microsoft Azure bietet beispielsweise Zugriff auf Quantinuum-, IonQ-, Quantum Circuits-, Rigetti- und Pasqal-Geräte, während AWS die Verwendung von D-Wave, IonQ, OQC, QuEra, Rigetti und Xanadu ermöglicht. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Sie auf die Quantum-Hardware-Anbieter beschränkt sind, die der ausgewählte Cloud-Anbieter unterstützt. Außerdem besteht das Risiko, dass die neueste Quantenhardware dort nicht so schnell verfügbar ist wie in der Cloud des Anbieters. Wenn Sie sich für die Kosten interessieren, finden Sie Beispiele auf der AWS Bracket Seite. Das Ausführen Ihres Projekts auf einem Quantencomputer kann sehr günstig sein, je nachdem, welche Geräte Sie verwenden möchten: 

• D-Wave — Das Lösen eines Problems auf einem Quantenglüher, der 2.000 Ergebnismuster desselben Problems enthält, kostet Sie nur 0,68 $. 
• Rigetti M-2 — Das Ausführen von 10.000 wiederholten Aufnahmen desselben Schaltungsdesigns auf einem Quantum-Gate-Computer kostet Sie nur 3,80 $. 
• Rigetti and Amazon EC2 P3 — Ausführen eines Quantenmaschinen-Lernalgorithmus auf hybride Weise. Die geschätzten Kosten für 50 Iterationen, mit jeweils 2 Aufgaben und 100 Möglichkeiten, betragen 39,86 $. 

Diese Zahlen sind minimal im Vergleich zu den erwähnten Kosten für das Hinzufügen von Quantenfunktionen zu Ihrem Rechenzentrum. Denken Sie jedoch daran, dass die Kosten für den Betrieb Ihrer Quantenanwendung bei umfangreicheren Problemen höher sein können. 

Schnelle Leistungssteigerung – Quantum Processing Unit Performance 

Im Jahr 2021 gab es einen schnellen Anstieg der QPU-Leistung. Es sei darauf hingewiesen, dass frühere Roadmaps, die von Quantenanbietern veröffentlicht wurden, erfolgreich geliefert wurden. Es ist vernünftig zu glauben, dass dieser Trend anhalten wird. Die meisten Quantenanbieter prognostizieren für die kommenden Jahre eine steigende Anzahl von Qubits und eine verbesserte Qualität ihrer Prozessoren. 

Um ein Beispiel dafür zu sehen, werfen wir einen Blick auf die IBM Quantum Computing Development Roadmap: 

Quelle: https://www.ibm.com/quantum/roadmap/rm_motion.gif 

 

Wie Sie sehen wird vorausgesagt, dass IBM im nächsten Jahr die Anzahl der verfügbaren Qubits um das 2,5-fache erhöhen kann. IBM glaubt, dass mit der Condor QPU die Anzahl der Berechnungen, die auf einem Quantencomputer im Vergleich zu einem gewöhnlichen Computer schneller, billiger und effizienter durchgeführt werden können, erheblich steigen wird. Darüber hinaus glauben sie, dass wir bis 2030 eine breite Akzeptanz sehen werden. 

Ähnliche Vorhersagen werden von anderen Anbietern getroffen. Christian Weedbrook, CEO von Xanadu Quantum, behauptet: „Es besteht kein Zweifel, dass die Quantencomputertechnologie in diesem Jahrzehnt marktreif sein wird. Bis 2030 wird es mehrere Millionen Qubit-Quantum-Maschinen geben.“  

 

Vernetzung von Quantum Chips  

Der letzte Grund, den ich erwähnen möchte, ist die sich ändernde Art und Weise, wie QPUs hergestellt werden. Die Skalierung von Quantencomputern ist eine Herausforderung; eine einfache Vergrößerung des Chips geht mit einer höheren Ausfallwahrscheinlichkeit und einer geringeren Fertigungsausbeute einher. Die Lösung besteht darin, eine QPU aus mehreren miteinander verbundenen Chips aufzubauen. Es wird Ihnen ermöglichen, viel größere geschäftliche Probleme anzugehen. 

Bitte werfen Sie einen weiteren Blick auf die IBM-Roadmap. Condor ist die letzte Single-Chip-QPU, die dort enthalten ist. Im folgenden Jahr wird IBM die Architektur auf Multi-Chip-Einheiten umstellen. Dieser Schritt wird den Weg zum Bau von QPUs mit über 100.000 Qubits bis 2026 ebnen. 

Andere Quantenanbieter verfolgen den gleichen Ansatz. Auf Rigettis Roadmap für dieses Jahr finden Sie Aspen-M 80Q. Diese QPU wird aus zwei 40-Qubit-Chips zusammengesetzt und verwendet die Multi-Chip-Technologie von Rigetti. Der gleiche Ansatz ist für die Chips Ankaa 84Q und Lyra 336Q geplant, die in den folgenden Jahren erscheinen werden. 

Interkonnektivität ist für das schnelle Wachstum des Quantum Computings von entscheidender Bedeutung. 

Haben Sie sich entschieden Quantum Computing auszuprobieren? 

Erinnern Sie sich an Ihren ersten Computer und welche Prozessoren darin steckten? Mein erster Computer war ein Commodore 64 mit einem 1-MHz-Prozessor, dann ein Laptop mit einem Intel i386 12MHz. Die nächsten waren: Intel 486 33 MHz, Pentium 133 MHz, Pentium II 350 MHz. Der zuletzt erwähnte war der letzte Single-Chip-Prozessor in meinem Besitz. Es ist das letzte Gerät, an das ich mich an die Spezifikationen erinnere. Jeder nachfolgende verwendete die Multi-Core-Technologie. Der Geschwindigkeitszuwachs war so deutlich, dass ich beim Kauf eines neuen Gerätes nur an die CPU gedacht habe. 

Ich erwähne diese Situation, weil Quanten uns in eine ähnliche Position gebracht haben. Das Tempo des Wandels ist noch schneller und in Kürze werden wir aufhören können, über die Anzahl der Qubits in einer QPU nachzudenken und werden uns stattdessen auf die geschäftlichen Auswirkungen konzentrieren. 

Auf dieser Grundlage würde ich Ihnen raten, die Quantum-Computing-Technologie in Ihrer Organisation zu erforschen. Wenn Sie an weiteren Details interessiert sind, lesen Sie unsere anderen Blogbeiträge zu Themen wie Quantum Computing 2022 Marktlage und etwas über Quantum-ML. Sie können auch direkt zu unserer Serviceseite über Quantum Computing gehen. Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, um die potenziellen Auswirkungen der Quantentechnologie auf Ihr Unternehmen zu besprechen.