Hybrid Quantum-Classical Computing Blick nach vorn! Kluge Schritte mit Qubits plus Nullen und Einsen

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Das Quantencomputing (QC) ist auf dem besten Weg, die Technologie zu revolutionieren, wird aber die klassische Datenverarbeitung (noch) nicht ersetzen. Stattdessen scheint ein hybrider Ansatz, das so genannte Hybrid Quantum-Classical Computing (HQCC), die Zukunft zu sein, bei dem Quantenprozessoren klassische Computer ergänzen, um komplexe Herausforderungen zu bewältigen.

Laut einer Studie von IDC wird der weltweite Markt für Quantencomputing bis 2028 voraussichtlich 8,9 Milliarden Dollar erreichen, ein klares Indiz für die steigende Nachfrage nach quantenbasierten Lösungen. Aber was bedeutet das für Unternehmen heute und wie können sie die neuen Synergien für sich nutzen?

Das Potenzial ist real, die Herausforderungen aber auch

Quantencomputing ist weit mehr als nur eine wissenschaftliche Theorie. Es wird bereits in einigen der anspruchsvollsten Branchen getestet und angewendet. Die Fähigkeit, eine Vielzahl von Optionen gleichzeitig zu evaluieren, macht es zur idealen Wahl für bestimmte Anwendungsbereiche: von der beschleunigten Arzneimittelentwicklung bis hin zur schnelleren Modellierung finanzieller Risiken.

Seine Leistungsstärke bezieht es aus der Fähigkeit, viele Möglichkeiten parallel zu berücksichtigen. Dadurch eignet es sich ideal für Probleme, bei denen viele Variablen und Ergebnisse einzukalkulieren sind.

Die heutigen Quantencomputer befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und sind durch eine begrenzte Anzahl von Qubits (Zweizustands-Quantensysteme analog zu Bits in klassischen Computern) und eine relativ niedrige Zuverlässigkeit gekennzeichnet. Um praktische Anwendungen zu ermöglichen, müssen diese Systeme noch erheblich verbessert werden.

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Durchbruchstimmung und Sicherheitsrisiken

Im Quantencomputing ist wirtschaftlicher Nutzen in Sichtweite

Darüber hinaus sind die zur Ausführung von Befehlen erforderlichen Steuerungsmechanismen aufgrund des komplexen Zusammenspiels von Quantenphänomenen fehleranfällig, was Kohärenz und Genauigkeit erschwert. Die Komplexität von Quantenalgorithmen und der Bedarf an umfangreichen Werkzeugen zur Fehlerkorrektur erschweren die Skalierung der Qubit-Werte und die Steigerung der Rechenleistung insgesamt.

Die begrenzten Fähigkeiten von Quantencomputern bei der Lösung von Optimierungsproblemen und Aufgaben des Maschinellen Lernens (ML), die in zahlreichen Bereichen von zentraler Bedeutung sind, verdeutlichen den dringenden Bedarf an HQCC-Ansätzen. HQCC bietet mit der Kombination der Leistungsfähigkeit von Quantenprozessoren sowie der Stabilität und Zuverlässigkeit klassischer Systeme das Beste aus beiden Welten.

Vorbereitung auf das Quantenzeitalter

Es ist wichtig zu verstehen, dass HQCC keine Alternative zu aktuellen HPC-Anwendungen ist, sondern eine Erweiterung. Trotz seines Potenzials gibt es bei HQCC einige kritische Hürden, die es zu überwinden gilt.

Dazu zählen die Software-Interoperabilität, der Fachkräftemangel und die rasante Weiterentwicklung der Hardware. Vor diesem Hintergrund sind Unternehmen, die schon jetzt mit der Erforschung hybrider Lösungen beginnen, künftig besser für die Weiterentwicklung der Quantencomputertechnologie aufgestellt. Für den Einstieg empfiehlt sich ein dreistufiger Ansatz:

• 1. Entdecken: Der erste Schritt ist Lernen und Experimentieren. Quantencomputing ist ein noch junges Feld, weshalb in der Vorbereitung für das eigene Unternehmen zunächst der Aufbau von Grundlagenwissen sinnvoll ist. Um hohe Vorlaufkosten zu vermeiden, sollte für die Code-Entwicklung, -Portierung und -Optimierung in diesem Stadium die Emulation auf einer klassischen Infrastruktur in Betracht gezogen werden.

• 2. Identifizieren: Nicht jedes Problem eignet sich für Quantencomputer. So sollten sie nicht für Berechnungen genutzt werden, die eine eindeutige Antwort liefern müssen, beispielsweise bei der Steuerkalkulation oder bei Gehaltsabrechnungen. Andererseits sind sie sehr gut geeignet zur Lösung von Optimierungsproblemen.
  Der Schlüssel liegt darin, Anwendungsfälle zu suchen, die aufgrund vieler Variablen schwer zu modellieren sind. Prädestiniert sind sie auch für Fälle, die von wesentlicher Bedeutung für Unternehmen sind und bei denen eine Verbesserung der Abläufe großen Einfluss auf das Geschäftsergebnis hat.

• 3. Implementieren: Im dritten Schritt geht es um die reibungslose Implementierung in den Betrieb und die daraus resultierenden geschäftlichen Vorteile. HQCC bietet einen flexiblen Ansatz für die produktive Einbindung von Quantencomputing-Lösungen.
  Durch die Kombination klassischer Rechenleistung mit der Leistungsfähigkeit des Quantencomputings ermöglichen Hybrid Quantum-Classical Systeme (HQCS) den Entwicklern, Quantenalgorithmen in einer vertrauten klassischen Umgebung zu erstellen und zu testen, bevor sie dann auf teurer Quantenhardware bereitgestellt werden. Das ermöglicht eine reibungslose produktive Integration und einen schnelleren Einstieg in das Quantenzeitalter. Gleichzeitig werden die Risiken bei der Einführung dieser neuen Technologie minimiert.

Die Verbindung von HQCC und KI

Künstliche Intelligenz und Quantencomputing wachsen mehr und mehr mehr zusammen. Da KI-Modelle immer komplexer werden und klassische Systeme an ihre Leistungs- und Energiegrenzen stoßen, ist das Potenzial von Hybridtechnologien wie HQCC, die die Fähigkeiten von KI und Quantencomputern kombinieren, immens.

KI verbessert das Quantencomputing durch:

• Optimierung der Workloads: KI kann Aufgaben intelligent zwischen klassischen und Quantenprozessoren verteilen.

• Verbesserung der Algorithmus-Effizienz: KI kann Quantenalgorithmen verfeinern, damit sie auf Quantenhardware effizienter laufen.

• Beschleunigung der Entwicklung: KI ermöglicht Fortschritte im Quantencomputing, ohne auf spezielle Quantenhardware angewiesen zu sein.

Umgekehrt kann HQCC die KI selbst vorantreiben, und zwar durch:

• Maximale Rechenleistung: Quantencomputer bewältigen hochkomplexe Berechnungen, mit denen sich klassische Systeme schwertun. So können KI-Modelle in Bereichen wie Materialwissenschaften und Arzneimittelforschung skaliert werden.

• Höhere Energie-Effizienz: Durch die Nutzung sowohl klassischer als auch quantenbasierter Prozesse kann HQCC KI-Aufgaben Energie-effizienter machen.

Diese wechselseitige Beziehung schafft eine Synergie zwischen KI und Quantencomputing, die die Leistungsfähigkeit beider Bereiche steigert und mit wachsender Reife neue Möglichkeiten in verschiedenen Branchen eröffnet.

In der Ära des Hybrid Computing geht es nicht mehr nur um Technologie, sondern um Transformation in eine Welt, in der Probleme, deren Lösung früher Jahre dauerte, nun innerhalb von Tagen oder sogar Stunden bewältigt werden. Dank der nahtlosen Integration von HQCC wird diese Vision schnell zur Realität. Für zukunftsorientierte Unternehmen ist die Implementierung hybrider Lösungen der Weg zu langfristigem Wachstum, Effizienz und mehr Innovation.

John Roese, Global CTO & Chief AI Officer, Dell Technologies

Bildmaterial:

volume1-unsplash.jpg: Quantencomputing eröffnet Unternehmen neue Horizonte.

(Quelle: unsplash)

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