Bitkom #quantensummit 2022 Quantencomputing und Klimaschutz

Von M.A. Jürgen Höfling

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Ohne rational begründbare Gedankenspiele jenseits der gegenwärtigen rechentechnischen und ökonomischen Realitäten in Sachen Quantencomputing gibt es keine Sprunginnovation. Der Zukunftsforscher Jan Berger wagte deshalb auf dem BITKOM #quantensummit 22 diesen Sprung.

Der energetische Wirkungsgrad des menschlichen Gehirns ist heutigen Supercomputern um mehr als das 300-fache überlegen
Der energetische Wirkungsgrad des menschlichen Gehirns ist heutigen Supercomputern um mehr als das 300-fache überlegen
(Bild: von Gerd Altmann auf Pixabay )

Wenn es um den Klimaschutz geht, ist die Informationstechnik ein zentraler Punkt; denn die IT ist in dieser Sache Übeltäter und Retter - zumindest potenziell - zugleich. Auf dem „Bitkom #quantensummit 2022“ lotete der Zukunftsforscher Jan Berger, CEO des in Berlin beheimateten jungen Prognose- und Beratungsunternehmens Themis Foresight, das Spannungsfeld von Realität und Potenzialität dieser Zweierbeziehung aus. Dreh- und Angelpunkt seiner Überlegungen war dabei - dem Genius loci entsprechend – die Quantentechnologie.

Optimierung von Energie-Übertragungsnetzen

„Marktforscher prognostizieren, dass die IT im Jahr 2030 weltweit um die 330 Terawattstunden Energie verbrauchen wird, gegenüber 114 Terawattstunden heute. Gleichzeitig gibt es belastbare Zahlenwerke, dass rund zehn Prozent, also rund 30 Terawattstunden, durch in der Praxis existierende Quantenrechner, sprich durch adiabatische Quantencomputer oder entsprechende digitale Simulatoren („Quanten Annealer“) eingespart werden könnten“, illustrierte Berger eine der Problemzonen.

Quanten-Annealer sind speziell für Optimierungsaufgaben („finde das globale Minimum“) ausgelegt und werden beispielsweise von Energienetzbetreibern und Energiedienstleistern wie E.ON (siehe: „Quantenrechnen verspricht Optimierung in der Energiewirtschaft; E.ON setzt auf Quantencomputing“) für die Optimierung von Energie-Transportnetzen („grids“) verwendet. Dazu eine weitere Zahl, die Jan Berger in seinem Vortrag anführte: Würde man etwa 8 Prozent der weltweiten Strom-Transportleistungen durch entsprechende „Quantenrechner-Optimierungen“ einsparen, würde das dem gesamten Energieverbrauch der IT weltweit entsprechen, also derzeit 114 Terawattstunden.

Solche Optimierungen haben deshalb so große und erst einmal überraschende Effekte, weil bei Strom-Übertragungen der Wirkungsgrad einfach sehr schlecht ist („rund 60 Prozent aller elektrischen Energie geht bei der Übertragung verloren“, referierte Berger).

Quantenrechner für den Bakterien-Stoffwechsel?

Überlegungen zur Optimierung von Stromnetzen waren in Bergers Vortrag sozusagen der am wenigsten spekulative Teil, was die Bedeutung der Quantenrechner für den Klimaschutz beziehungsweise deren Beitrag zum Erreichen der UN-Klimaziele betrifft. Auf sehr spekulatives Terrain begab sich der Berliner Zukunftsforscher erklärtermaßen dann bei seinen weiteren Betrachtungen. Er machte sich interessante Gedanken über den Ersatz des seit gut 100 Jahren genutzten Haber-Bosch-Verfahrens zur groß-industriellen Ammoniak-Herstellung und damit speziell von Düngemitteln.

An diesem horrend klimaschädlichen Verfahren (2 Prozent aller CO2-Emissionen weltweit) hängt derzeit die Welternährung. Man kann es drehen und wenden, wie man will, aber ohne „Haber-Bosch“ würde die Zahl hungernder und an Hunger sterbender Menschen noch einmal extrem in die Höhe gehen (und sie ist ohnehin schon hoch genug).

Berger machte sich Gedanken, wie man Haber-Bosch durch auf dem Meeresboden lebende Bakterien ersetzen könne, die den Stickstoffkreislauf zur Erzeugung von Ammoniak sowie Nitriten und Nitraten quasi in ihrem Stoffwechsel natürlich einprogrammiert haben; und die damit perspektivisch als natürliche Düngerlieferanten dienen könnten. Voraussetzung dafür ist freilich, dass man diesen Metabolismus komplett versteht. Dafür sind unter anderem komplexe und aufwendige Rechnungen notwendig, für die Quantenrechner tendenziell besonders geeignet sind.

5 Flops vs. .0015 Flops per Watt

Als ein generelles Fazit seiner anregenden Überlegungen deutlich jenseits der heutigen rechentechnischen und wirtschaftlichen Realitäten präsentierte der Berliner Zukunftsforscher die Vermutung, dass der Energieverbrauch der künftigen Quantenrechner beziehungsweise der Rechner überhaupt technisch ganz anders organisiert werden muss als das bisher der Fall ist.

Der mit einer bestimmten Energiemenge erreichte Wirkungsgrad der künstlichen Gehirne sei im Vergleich zum natürlichen Gehirn einfach lächerlich schlecht. Während das menschliche Gehirn mit einem einzigen Watt elektrische Leistung rechentechnisch 5 Flops darstellen könne, schaffe mit derselben elektrischen Leistung ein Supercomputer heutzutage kaum mehr als .0015 Flops.

Es ist also noch jede Menge „Luft nach oben“, wenn es um den Beitrag von Hochleistungsrechnen im Allgemeinen und Quantencomputing im Besonderen zum Klimaschutz geht, das heißt darum, ob der Planet in fünfzig oder hundert Jahren noch lebenswert ist, ja überhaupt noch bewohnbar.

Der energetische Wirkungsgrad des menschlichen Gehirns ist heutigen Supercomputern um mehr als das 3333,33...-fache überlegen.

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