Wie Quantum Computing das Leben verändern wird:
Quantum Computing bleibt eine aufstrebende Technologie, aber sein Potenzial ist bereits in vielen Sektoren spürbar.
Vom Gesundheitswesen über das Finanzwesen bis hin zur künstlichen Intelligenz betrachten wir die Branchen, die durch Quantencomputer umgestaltet werden sollen.
Quantencomputer könnten zur Verbesserung beitragen, indem sie Daten schneller analysieren, bessere Vorhersagemodelle ausführen und widersprüchliche Möglichkeiten genauer abwägen.
Sie könnten auch dazu beitragen, komplexe Optimierungsprobleme im Zusammenhang mit Aufgaben wie der Portfoliorisikooptimierung und der Betrugserkennung zu lösen.
Wie Quantencomputing diese 9 Branchen verändern wird
Quantencomputing ist nach wie vor eine junge Technologie, aber ihr Potenzial ist bereits in vielen Sektoren spürbar. Vom Gesundheitswesen über das Finanzwesen bis hin zur künstlichen Intelligenz betrachten wir die Branchen, die durch Quantencomputer umgestaltet werden sollen.
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Quantencomputer werden manche Probleme bald viel schneller lösen können als jeder herkömmliche Computer. Diese Fähigkeiten könnten sich insbesondere darauf auswirken, wie Unternehmen Herausforderungen mit einer gewaltigen Anzahl von Variablen und potenziellen Ergebnissen angehen – wie die Simulation chemischer Wechselwirkungen, die Optimierung der Logistik oder das Sortieren durch riesige Datensätze.
Die aufkommende Technologie hat das Potenzial, unzählige Sektoren umzugestalten, aber einige müssen sich schneller anpassen als andere.
Im Folgenden betrachten wir 9 Räume, in denen Quantencomputer bereits Wellen schlagen.
1. GESUNDHEITSWESEN
Quantencomputer könnten das Gesundheitswesen in vielerlei Hinsicht beeinflussen.
So gab beispielsweise Google kürzlich bekannt, einen Quantencomputer eingesetzt zu haben, um eine chemische Reaktion zu simulieren, ein Meilenstein für die aufkommende Technologie. Obwohl die spezifische Wechselwirkung relativ einfach war – aktuelle klassische Computer können sie auch modellieren – sollten zukünftige Quantencomputer in der Lage sein, komplexe molekulare Wechselwirkungen viel genauer zu simulieren als klassische Computer. Im Gesundheitswesen könnte dies dazu beitragen, die Bemühungen um die Wirkstoffforschung zu beschleunigen, indem die Auswirkungen von Wirkstoffkandidaten besser vorhergesagt werden können.
Ein weiterer Bereich, in dem die Arzneimittelforschung durch Quantencomputer einen Schub erfahren könnte, ist die Proteinfaltung. Das Startup ProteinQure – das von CB Insights in den Kohorten 2020 für AI 100 und Digital Health 150 vorgestellt wurde – greift bereits auf aktuelle Quantencomputer zurück, um vorherzusagen, wie sich Proteine im Körper falten werden. Dies ist für herkömmliche Computer eine notorisch schwierige Aufgabe. Aber der Einsatz von Quantencomputern zur Lösung des Problems könnte die Entwicklung leistungsfähiger Medikamente auf Proteinbasis letztendlich vereinfachen.
Quelle: ProteinQure
Schließlich könnte Quantencomputing auch zu besseren Ansätzen für die personalisierte Medizin führen, indem eine schnellere Genomanalyse ermöglicht wird, um maßgeschneiderte Behandlungspläne für jeden Patienten zu erstellen.
Die Genomsequenzierung erzeugt viele Daten, was bedeutet, dass die Analyse der DNA einer Person viel Rechenleistung erfordert. Unternehmen reduzieren bereits rasch die Kosten und Ressourcen, die für die Sequenzierung des menschlichen Genoms erforderlich sind; aber ein leistungsfähiger Quantencomputer könnte diese Daten viel schneller sichten, was die Genomsequenzierung effizienter und einfacher zu skalieren macht.
Eine Reihe von Pharmariesen haben Interesse am Quantencomputing gezeigt. Der Venture-Arm von Merck beispielsweise beteiligte sich im September 2020 an Zapatas 38-Millionen- Dollar-Serie-B-Runde. Biogen hat sich in der Zwischenzeit mit dem Quantencomputer-Software-Startup 1QBit und Accenture zusammengetan, um eine Plattform für den Vergleich von Molekülen aufzubauen, um die frühen Stadien der Wirkstoffforschung zu beschleunigen .
CB Insights-Kunden können diesen Bericht lesen, um mehr darüber zu erfahren, wie Quantentechnologien das Gesundheitswesen neu gestalten .
2. FINANZEN
Finanzanalysten verlassen sich häufig auf Rechenmodelle, die Wahrscheinlichkeiten und Annahmen über die Entwicklung von Märkten und Portfolios berücksichtigen. Quantencomputer könnten dazu beitragen, diese zu verbessern, indem sie Daten schneller analysieren, bessere Vorhersagemodelle ausführen und widersprüchliche Möglichkeiten genauer abwägen. Sie könnten auch dazu beitragen, komplexe Optimierungsprobleme im Zusammenhang mit Aufgaben wie der Portfoliorisikooptimierung und der Betrugserkennung zu lösen.
Ein weiterer Bereich der Finanzquantencomputer, der sich ändern könnte, sind Monte-Carlo-Simulationen – eine Wahrscheinlichkeitssimulation, die verwendet wird, um die Auswirkungen von Risiken und Unsicherheiten in Finanzprognosemodellen zu verstehen. IBM hat im vergangenen Jahr Forschungsergebnisse zu einer Methode veröffentlicht, die Quantenalgorithmen verwendet, um konventionelle Monte-Carlo-Simulationen zur Bewertung finanzieller Risiken zu übertreffen.
Quelle: IBM Eine Reihe von Finanzinstituten wie RBS, die Commonwealth Bank of Australia, Goldman Sachs, Citigroup und andere haben in Quantencomputing-Startups investiert.
Einige beginnen bereits, vielversprechende Ergebnisse zu sehen. John Stewart, RBS-Leiter für globales Innovations-Scouting und -Forschung sagte der Zeitung The Times, dass die Bank in der Lage sei, die Zeit, die benötigt wird, um zu beurteilen, wie viel Geld für notleidende Kredite ausgeglichen werden muss, von Wochen auf „Sekunden“ zu verkürzen, indem sie die von 1QBit entwickelten Quantenalgorithmen verwendet .
3. CYBERSICHERHEIT
Cybersicherheit könnte durch Quantencomputing auf den Kopf gestellt werden.
Leistungsstarke Quantencomputer drohen, Kryptographietechniken wie die RSA-Verschlüsselung zu knacken, die heute häufig verwendet werden, um sensible Daten und elektronische Kommunikation zu schützen.
Diese Perspektive ergibt sich aus Shors Algorithmus, einem Quantenalgorithmus, der in den 1990er Jahren theoretisiert wurde. Diese Technik beschreibt, wie ein entsprechend leistungsfähiger Quantencomputer – von dem einige erwarten, dass er um 2030 auf den Markt kommen könnte – sehr schnell die Primfaktoren großer Zahlen finden könnte, eine Aufgabe, die klassische Computer äußerst schwierig finden. Die RSA-Verschlüsselung setzt genau auf diese Herausforderung, um die online übertragenen Daten zu schützen.
Aber Unternehmen treten auf, um dieser Bedrohung zu begegnen, indem sie neue Verschlüsselungsmethoden entwickeln, die zusammen als „Post-Quanten-Kryptographie“ bekannt sind. Diese Methoden sind so konzipiert, dass sie gegenüber Quantencomputern widerstandsfähiger sind – oft dadurch, dass sie ein Problem schaffen, von dem selbst ein leistungsstarker Quantencomputer nicht viele Vorteile bei der Lösung erwarten würde. Zu den Unternehmen in diesem Bereich zählen unter anderem Isara und Post Quantum . Auch das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) unterstützt den Ansatz und plant, bis 2022 einen Post-Quantum-Kryptografie-Standard zu empfehlen.
Quelle: Post Quantum
Eine andere aufkommende Quanteninformationstechnologie namens Quantenschlüsselverteilung (QKD) könnte ebenfalls eine Atempause von den Fähigkeiten von Quantencomputern bieten, Code zu knacken. QKD funktioniert durch die Übertragung von Verschlüsselungsschlüsseln mit verschränkten Qubits. Da sich Quantensysteme bei der Messung verändern, ist es möglich zu überprüfen, ob ein Lauscher eine QKD-Übertragung abgefangen hat. Richtig gemacht bedeutet dies, dass es sogar Hackern mit Quantencomputern schwer fallen würde, Informationen zu stehlen.
Obwohl QKD derzeit vor praktischen Herausforderungen steht, wie etwa der Entfernung, über die es effektiv ist (die meisten heutigen QKD-Netzwerke sind ziemlich klein), erwarten viele, dass es bald eine große Branche werden wird. Toshiba zum Beispiel sagte im Oktober 2020, dass es bis Ende des Jahrzehnts einen Umsatz von 3 Mrd. US-Dollar aus QKD-Anwendungen erwirtschaften will.
CB Insights-Kunden können in dieser Marktkarte private Unternehmen sehen, die an Post-Quanten-Kryptografie und QKD arbeiten .
4. BLOCKCHAIN UND KRYPTOWÄHRUNGEN
Die Bedrohung der Verschlüsselung durch Quantum Computing erstreckt sich auf Blockchain-Technologie und Kryptowährungen – einschließlich Bitcoin und Ethereum – die auf quantenanfällige Verschlüsselungsprotokolle angewiesen sind, um Transaktionen abzuschließen.
Obwohl spezifische Quantenbedrohungen für Blockchain-basierte Projekte unterschiedlich sind, könnten die potenziellen Auswirkungen im schlimmsten Fall schwerwiegend sein.
Laut einer Analyse von Deloitte werden beispielsweise etwa 25% der Bitcoins (derzeit im Wert von Hunderten von Milliarden Dollar) so gelagert, dass sie von einem mit Quantencomputern ausgestatteten Dieb leicht gestohlen werden könnten. Eine weitere Befürchtung ist, dass Quantencomputer schließlich mächtig genug werden könnten, um Transaktionen zu entschlüsseln und zu stören, bevor sie von anderen Teilnehmern im Netzwerk verifiziert werden, was die Integrität des dezentralen Systems untergräbt.
Und das ist nur Bitcoin. Blockchain-Technologie wird immer mehr für Anwendungen im Asset-Handel, Lieferketten, Identitätsmanagement und vielem mehr verwendet.
Erschüttert von den tiefgreifenden Risiken, die von Quantencomputern ausgehen, arbeiten eine Reihe von Akteuren daran, die Blockchain-Technologie sicherer zu machen. Etablierte Netzwerke wie Bitcoin und Etherum experimentieren mit quantenresistenten Ansätzen für zukünftige Iterationen, ein neues Blockchain-Protokoll namens Quantum Resistant Ledger wurde eingerichtet, das speziell gegen Quantencomputer entwickelt wurde, und Start-ups wie QuSecure und Qaisec sagen, dass sie arbeiten über quantenresistente Blockchain-Technologie für Unternehmen.
Quantenresistente Blockchains werden möglicherweise erst dann vollständig entstehen, wenn in den kommenden Jahren Post-Quanten-Kryptografiestandards fester etabliert sind. In der Zwischenzeit werden diejenigen, die Blockchain-Projekte betreiben, wahrscheinlich ein nervöses Auge auf die Fortschritte beim Quantencomputing haben.
In unserem Erklärer erfahren Sie mehr über die Funktionsweise der Blockchain-Technologie .
5. KÜNSTLICHE INTELLIGENZ
Die Fähigkeiten von Quantencomputern, riesige Datensätze zu analysieren, komplexe Modelle zu simulieren und Optimierungsprobleme schnell zu lösen, haben die Aufmerksamkeit auf Anwendungen innerhalb der künstlichen Intelligenz gelenkt.
Google zum Beispiel sagt, dass es Tools für maschinelles Lernen entwickelt, die klassisches Computing mit Quantencomputing kombinieren, und erwartet, dass diese Tools sogar mit kurzfristigen Quantencomputern funktionieren.
In ähnlicher Weise erklärte das Quantensoftware-Startup Zapata kürzlich, dass es das Quanten-Machine-Learning kurzfristig als eine der vielversprechendsten kommerziellen Anwendungen für Quantencomputer ansieht.
Obwohl Quantenmaschinelles Lernen bald einige kommerzielle Vorteile in einer Vielzahl von Bereichen bieten könnte – einschließlich autonomer Fahrzeuge und Vorhersage des Wetters – könnten zukünftige Quantencomputer KI noch weiter bringen.
KI, die Quantencomputing nutzt, könnte Werkzeuge wie Computer Vision, Mustererkennung, Spracherkennung, maschinelle Übersetzung und mehr voranbringen.
Schließlich könnte Quantencomputing sogar dazu beitragen, KI-Systeme zu schaffen, die menschenähnlicher agieren. So können beispielsweise Roboter in Echtzeit optimierte Entscheidungen treffen und sich schneller an veränderte Umstände oder neue Situationen anpassen.
In diesem Bericht finden Sie weitere aufkommende KI-Trends .
6. LOGISTIK
Quantencomputer sind gut in der Optimierung. Theoretisch könnte ein komplexes Optimierungsproblem, dessen Lösung ein Supercomputer Tausende von Jahren dauern würde, von einem Quantencomputer in wenigen Minuten gelöst werden.
Angesichts der extremen Komplexität und Variablen internationaler Schifffahrtsrouten und der Orchestrierung von Lieferketten könnte Quantencomputing gut aufgestellt sein, um bei der Bewältigung gewaltiger Logistikherausforderungen zu helfen.
DHL sucht bereits nach Quantencomputern, um Pakete effizienter zu verpacken und globale Lieferwege zu optimieren. Das Unternehmen hofft, die Geschwindigkeit seines Service zu erhöhen und gleichzeitig die Anpassung an Änderungen – wie stornierte Bestellungen oder verschobene Lieferungen – zu erleichtern.
Andere wollen den Verkehrsfluss mithilfe von Quantencomputern verbessern, eine Fähigkeit, die Lieferfahrzeugen helfen könnte, in kürzerer Zeit mehr Stopps einzulegen.
Quelle: Volkswagen
Volkswagen hat beispielsweise in Zusammenarbeit mit D-Wave Systems im vergangenen Jahr ein Pilotprojekt durchgeführt, um die Busrouten in Lissabon, Portugal, zu optimieren. Das Unternehmen teilte mit, dass jedem der teilnehmenden Busse eine individuelle Route zugewiesen wurde, die in Echtzeit an die sich ändernden Verkehrsbedingungen angepasst wurde. Volkswagen will die Technologie künftig kommerzialisieren.
7. HERSTELLUNG UND INDUSTRIEDESIGN
Quantencomputing stößt auch bei großen Playern auf Interesse, die über Fertigung und Industriedesign nachdenken.
Airbus beispielsweise – ein globaler Luft- und Raumfahrtkonzern – hat 2015 eine Quantencomputing-Einheit gegründet und auch in das Quantensoftware-Startup QC Ware und den Quantencomputerhersteller IonQ investiert .
Ein Bereich, den das Unternehmen im Blick hat, ist das Quanten-Annealing für die digitale Modellierung und die Materialwissenschaften. Zum Beispiel könnte ein anständiger Quantencomputer schnell unzählige Variablen durchfiltern, um das effizienteste Flügeldesign für ein Flugzeug zu bestimmen.
Andere Unternehmen, darunter Daimler und Samsung, setzen Quantencomputer bereits ein, um neue Materialien für den Bau besserer Batterien zu erforschen.
IBM hat auch die Fertigung als Zielmarkt für seine Quantencomputer identifiziert, wobei das Unternehmen Bereiche wie Materialwissenschaften, fortschrittliche Analytik für Kontrollprozesse und Risikomodellierung als Schlüsselanwendungen für die Raumfahrt hervorhebt.
Eine Auswahl der von IBM geplanten Fertigungsanwendungen für Quantencomputer. Quelle: IBM
Obwohl Quantencomputing in der Fertigung wahrscheinlich erst nach und nach implementiert werden wird, da in den kommenden Jahren leistungsfähigere Maschinen auf den Markt kommen, bieten einige Unternehmen – darunter das Machine-Learning-Startup Solid State AI – bereits quantengestützte Dienste für die Industrie an.
8. LANDWIRTSCHAFT
Quantencomputer könnten die Landwirtschaft ankurbeln, indem sie helfen, Düngemittel effizienter zu produzieren.
Fast alle Düngemittel, die weltweit in der Landwirtschaft verwendet werden, basieren auf Ammoniak. Die Möglichkeit, Ammoniak (oder einen Ersatzstoff) effizienter zu produzieren, würde billigere und weniger energieintensive Düngemittel bedeuten. Ein leichterer Zugang zu besseren Düngemitteln könnte wiederum dazu beitragen, die wachsende Bevölkerung des Planeten zu ernähren.
Ammoniak ist sehr gefragt und wird laut Branchenanalystenkonsens von CB Insights bis 2025 auf einen weltweiten Markt von 77 Milliarden US-Dollar geschätzt.
Bei der Verbesserung des Verfahrens zur Erzeugung oder zum Ersatz von Ammoniak wurden in letzter Zeit kaum Fortschritte erzielt, da die Zahl der möglichen Katalysatorkombinationen, die uns dabei helfen könnten, extrem groß ist – was bedeutet, dass wir im Wesentlichen immer noch auf eine energieintensive Technik aus den 1900er Jahren angewiesen sind, die als bekannt ist Haber-Bosch-Verfahren.
Die Verwendung heutiger Supercomputer zur Identifizierung der besten katalytischen Kombinationen zur Herstellung von Ammoniak würde Jahrhunderte dauern, um sie zu lösen.
Ein leistungsstarker Quantencomputer könnte jedoch verwendet werden, um verschiedene Katalysatorkombinationen – eine weitere Anwendung zur Simulation chemischer Reaktionen – viel effizienter zu analysieren und einen besseren Weg zur Herstellung von Ammoniak zu finden.
Darüber hinaus wissen wir, dass Bakterien in den Wurzeln von Pflanzen mit einem Molekül namens Nitrogenase jeden Tag mit sehr geringen Energiekosten Ammoniak herstellen. Dieses Molekül übersteigt die Fähigkeiten unserer besten Supercomputer, um es zu simulieren und daher besser zu verstehen, aber es könnte in Reichweite eines zukünftigen Quantencomputers sein.
9. NATIONALE SICHERHEIT
Regierungen auf der ganzen Welt investieren massiv in Quantencomputing-Forschungsinitiativen, teilweise um die nationale Sicherheit zu stärken.
Verteidigungsanwendungen für Quantencomputer könnten unter anderem das Brechen von Code für Spionage, das Ausführen von Schlachtfeldsimulationen und die Entwicklung besserer Materialien für Militärfahrzeuge umfassen.
Im vergangenen Jahr kündigte die US-Regierung eine Investition von fast 625 Millionen US-Dollar in Quantentechnologie-Forschungsinstitute des Energieministeriums an – Unternehmen wie Microsoft, IBM und Lockheed Martin trugen ebenfalls zusammen 340 Millionen US-Dollar zu der Initiative bei.
Die USA investieren mehr in die Quanteninformationswissenschaft (QIS)-Forschung, einschließlich Quantencomputing. Quelle: Nationales Quantenkoordinationsbüro der USA
In ähnlicher Weise hat Chinas Regierung Milliarden von Dollar in zahlreiche Quantentechnologieprojekte gesteckt, und ein im Land ansässiges Team behauptete kürzlich, einen Durchbruch beim Quantencomputing erzielt zu haben.
Obwohl es ungewiss ist, wann Quantencomputer eine aktive Rolle für die nationale Sicherheit spielen können, steht außer Zweifel, dass kein Land hinter die Fähigkeiten seiner Konkurrenten zurückfallen wird. Ein neues „Wettrüsten“ hat bereits begonnen.
Weitere Informationen zu Quantencomputern, zur Investitionslandschaft und zur branchenübergreifenden Anwendung der Technologie finden Sie in diesem Bericht .
Dieser Bericht wurde mit Daten von CB Insights‘ Plattform für Einblicke in neue Technologien erstellt, die durch Tools wie:
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