Quantum Technology

Quantum Computing – Technologie, welche die Spielregeln ändert

Oder: Der Schlüssel zur Unendlichkeit

Wie alles begann

Max PlanckSeit über 100 Jahren forschen Physiker an der Quantum Technologie. Max Planck erkannte, dass sich Atome nur in festen Energiestufen erfinden können. Materie und Strahlung können daher Energie nur in bestimmten diskreten Portionen austauschen: den Quanten. Dieses Phänomen ist vergleichbar mit einem Laustärkeregler am Verstärker, der nur bei bestimmten Werten einrastet.  „Ich denke, ich kann mit Sicherheit sagen, niemand versteht die Quantenmechanik“, sagte der amerikanische Nobelpreisträger Richard Feynmann. Trotzdem hat er 1981 die Idee vorgestellt, mit Quanten zu rechnen. Das Verrückte an der Quantenwelt ist, dass ein Partikel, oder in Quantensprache ein Qubit, gleichzeitig zwei Zustände annehmen kann. Der Apfel kann reif oder unreif sein, je nach Betrachtung. Erst wenn man den Qubit fragt, erhält man als binäres Ergebnis 0 oder 1.

Ein Österreicher

Quantum Physiker Rainer BlattDie erste Quantumanlage hat der Österreicher Rainer Blatt gebaut. In einer Vakuumkammer hat der Physike Calcium-Ionen mit Laserlicht beschossen und damit zeigen können, welche Energie benötigt wird, damit sich die Calcium-Ionen auf ein höheres Niveau bewegen. Wird weniger Energie zugeführt, nimmt das Qubit zwei Zustände an, im Binären 0 und 1. Wenn man nun zwei Qubits betrachtet, lassen sich damit bereits 4 Zahlen gleichzeitig darstellen.  Mit jedem Qubit mehr verdoppelt sich der Zahlenraum.

Der WettlaufQuantum Chip

Der Wettlauf nach dem leistungsstärksten Computer ist im vollen Gange. Google beansprucht seit 2019 für seinen Quantumrechner Sycamore die sogenannte quantum supremacy, also die Überlegenheit über den besten herkömmlichen Rechner. Die mathematische Aufgabenstellung konnte Sycamore mit 53 Qubits (der 54. Qubit hat nicht funktioniert) in drei Minuten und 20 Sekunden lösen. Herkömmliche Rechner hätten mehr als 10.000 Jahre benötigt. Die rechnerische Überlegenheit wird vom Wettbewerber IBM angezweifelt, da es sich um eine Aufgabe handelt, die für den Google Rechner optimiert war und seine Schwächen umgeht. Bei aller Diskussion lässt sich festhalten, dass für die nötige Auslagerungsdatei zur Simulation der 53 aktiven Qubits von Sycamore 80 Petabyte Festplattenplatz benötigt werden. Hätten bei Sycamore alle 54 Qubits aktiv gearbeitet, wären 160 PB Speicher nötig gewesen. Als Modellcomputer diente der Summit Supercomputer.

Um z.B. 73 Qubits zu simulieren, benötigt der beste Supercomputer tatsächlich 10.000 Jahre plus eine Festplattenkapazität von 80 Zettabyte. Entsprechend große Chips dürften daher Google und IBM bereits in der Entwicklung haben.

Die Investorensicht

Aus Investorensicht befindet sich die Quantumtechnologie an einem Wendepunkt. Das reine Laborstadium ist verlassen und die ersten substanziellen Umsätze werden generiert. Wichtiger Antreiber ist der Wettbewerb zwischen USA und China. Im August wurde bekannt, dass die US-Regierung zusammen mit dem Energieministerium und der National Science Foundation in den kommenden 5 Jahren 12 Forschungseinrichtungen im Bereich Künstliche Intelligenz und Quantum mit zusätzlichen 1 Mrd. USD unterstützen wird. 2018 hatte die Trump-Administration bereits zusätzliche 1,2 Mrd. USD bewilligt.

DARPA – ein Innovationsantreiber

DARPADie DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) finanziert militärische Forschung für innovative und noch nie dagewesene Technologien. Das Ziel der US-Behörde ist es, sicherzustellen, dass das US-Militär Zugang zu neuen Technologien wie Quantencomputer und künstliche Intelligenz hat. Seit Amtsantritt des aktuellen US- Präsidenten ist das DARPA Budget um jährlich fast 20% auf 3,6 Milliarden Dollar angewachsen. Viele kommerzielle Technologien haben ihre Wurzeln in von der DARPA finanzierten Projekten.

Das US Energieministerium (Fermilab) übernimmt dabei die Leitung des mit 115 Millionen Dollar ausgestatteten Nationalen Forschungszentrums für Quanteninformationswissenschaften (National Quantum Information Science Research Center) zum Bau eines revolutionären Quantencomputers mit Rigetti Computing, Northwestern University, der NASA und weiteren Partnern.

Hoffnungsträger für Europa

Auch in Europa gibt es dank einiger Startups und IBM die Hoffnung, mit dem Wettbewerb Schritt zu halten. Das Finnisch-Deutsche Startup IQM , die österreichische AQT oder die Schweizer Terra Quantum sind die europäischen Hoffnungsträger. Deutschland hat im Konjunkturpaket 2 Mrd. EUR für die Quantumforschung reserviert. An Geld scheint es nicht zu mangeln. Jan Götz, CEO von IQM, meint jedoch, dass qualifiziertes Personal ein großes Problem ist (Quelle hier). Mit Blick auf den aktuellen Zustand in der Schulbildung ist in den nächsten Jahren sicherlich keine Besserung in Sicht und der „War for Talent“ um Deutsche Spitzenkräfte dürfte noch zunehmen.

Die geballte Power aus China

Und China? Bekannt ist, dass der chinesische Staat das Ziel ausgegeben hat, bis 2030 die führende Nation im Bereich Quantentechnologie zu sein. China stellt dafür zehn Milliarden Dollar zur Verfügung. Die Chancen stehen nicht schlecht. Mit über 600 Patenten zwischen 2012 bis 2017 erzielte China rund 43 Prozent aller weltweiten Quantentechnologie-Patente, mit steigender Tendenz (Quelle hier). Zudem hält China die führenden Internetkonzerne Tencent, Alibaba, Baidu sowie Huawei dazu an, massiv in Quantencomputing zu investieren. Die internen Budgets für Quantentechnologie dieser Tech-Giganten allein dürften im Milliardenbereich liegen.

MK Ventures Suche nach Quantum

Trotz unseres Engagements beim Quantumstartup Rigetti Computing sind wir weiter auf der Suche, unsere Investments im Quantum-Ökosystem auszubauen. Für unseren zweiten Venture Capital Dachfonds sind wir dabei bereits fündig geworden.  Der VC Fonds Quantonation ist fokussiert auf vier Themen: Deep Physics, Quantum Sensing, Quantum Computing und Quantum Cybersecurity & Communications.

Weiterführende Literatur:

McKinsey

McKinsey #2

UVC Partners

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