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Quantum Computing

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Mit der SONAR Trend Plattform ist Reply in der Lage, einen Überblick und eine Zuordnung der relevanten Trendsetter-Branchen im Zusammenhang mit Quantum Computing zu erstellen, basierend auf ihrem Auftreten in Fachmedien, Massenmedien, Patenten und wissenschaftlichen Publikationen.
Erfahren Sie mehr über die Reply Studie zu aktuellen Entwicklungen im Bereich Quantum Computing!

Was ist Quantum Computing?

Quantum Computing ist eine sich entwickelnde Technologie, die schnellere Computing-Lösungen für Probleme bietet, die derzeit nur von Supercomputern bewältigt werden – oder nach dem derzeitigen Stand der Technologie sogar als unlösbar gelten.

Quantenmechanik

Die Quantenmechanik ist die Grundlage des Quantum Computing und bezieht sich auf die wissenschaftlichen Gesetze, die die kleinste Dimension der Natur betreffen: Moleküle, Atome und subatomare Partikel. Auf dieser Ebene entstehen physikalische Phänomene (Superposition, Quantenverschränkung), die für die Berechnung genutzt werden können – wenn sie gezielt in Maschinen integriert werden.

Quantum Computing

Heutzutage verarbeiten Standard-Computer Informationen in Bits, wobei jedes Bit durch eine Null oder Eins dargestellt wird. Quantencomputer verwenden jedoch Quantenbits – auch Qubits genannt – die Null, Eins oder eine Mischung aus Null und Eins sein können (eine sogenannte Superposition). Dies kann zu extrem schnellen Verarbeitungsvorgängen führen, so dass Berechnungen Realität werden, die mit herkömmlichen Computern nicht möglich sind.

Arten von Algorithmen

Quantencomputer können Probleme untersuchen, die exponentieller Natur sind und am besten geeignet sind, Probleme mit drei Arten von Algorithmen zu lösen:

Optimierungsalgorithmen

Aus einer Vielzahl von möglichen Lösungen wird die beste Lösung mit der geringsten Anzahl an Fehlern gefunden.

Sampling Algorithmen

Aus Datensätzen können Werte gefunden werden, die Verallgemeinerungen über die Verteilung der Population ermöglichen.

Algorithmen des maschinellen Lernens

Das Ausführen von Machine Learning Algorithmen auf einem Quantencomputer führt zu einer besseren Algorithmenverarbeitung und schnelleren Ergebnissen.

Meilensteine Richtung Quantum Computing

Die in den letzten Jahren stark angestiegenen Patentanmeldungen zeigen, dass sich Quantum Computing inmitten der Kommerzialisierung befindet und die fünfte Generation des Computings begonnen hat. Aber was waren die Meilensteine in der Informatik, die den Weg in dieses neue Zeitalter des Computings geebnet haben?

Computing

Quantum Computing Theorie

Quantencomputer

Erste Generation

(1940-1956) Vakuumröhren

Zweite Generation

(1956-1964) Transistoren

Dritte Generation

(1964-1971) Integrierte Schaltkreise

Vierte Generation

(1971-Heute) Mikroprozessoren

Fünfte Generation

(Heute und in Zukunft) Quantencomputer

Der Physiker Paul Benioff schlägt vor, dass die Quantenmechanik für die Datenverarbeitung verwendet werden könnte. (1980)

Der Nobelpreisträger Richard Feynman prägt den Begriff "Quantencomputer". (1981)

Der Physiker David Deutsch beschreibt, wie ein Quantencomputer funktionieren könnte. (1985)

Der Mathematiker Peter Shor schreibt einen Algorithmus, der gängige Verschlüsselungstechniken mit einem Quantencomputer entschlüsseln könnte. (1994)

D-Wave, ein kanadisches Start-up, kündigt einen Quantencomputer-Chip an, von dem gesagt wird, dass er Sudoku-Rätsel lösen kann. (2007)

Google kooperiert mit der NASA, um ein Labor zu finanzieren, in dem die Hardware von D-Wave getestet wird. (2013)

Google stellt John Martinis, den Professor hinter einigen der besten Quantencomputer-Hardware-Lösungen, als Leiter eines neuen Quantenhardware-Labors ein. (2014)

IBM stellt einige seiner prototypischen Quantenprozessoren im Internet bereit, mit denen jeder experimentieren kann, und betont, dass Programmierer sich darauf vorbereiten müssen, Quantencode zu schreiben. (2016)

Das Start-up Rigetti eröffnet eine eigene Quantencomputer-Produktion, um Prototypen-Hardware zu bauen, die mit Google und IBM konkurrieren kann. (2017)

D-Wave bietet QCAas einen Zugang zu seiner SDK-Umgebung, gemeinsamem Live-Code und exemplarischen Industriebeispielen. (2018)

Wer sind die aktuellen Trendsetter
im Bereich Quantum Computing?

Hier finden Sie einen Überblick und eine grafische Darstellung der relevanten Industrien, die im Bereich Quantum Computing als Vorreiter gelten – basierend auf ihrem Auftreten in Fachmedien, Massenmedien, Patenten und wissenschaftlichen Publikationen.

IMPLEMENTERS

Industries with an above average number of articles over the last 12 months, but declining or low growth compared to the previous 12 months.

Industries already engaging in the new ecosystem, often leading their own efforts for several years.

PROSPECTS

Industries with a low number of articles over the last 12 months, and declining or low growth compared to the previous 12 months.

Industries observing the space, carefully analyzing business potential or creating early networks.

EARLY ADOPTERS

Industries with an above average number of articles over the last 12 months, which is even higher than the previous 12 months.

Industries racing to be the superior player within the new ecosystem, launching offerings.

LAGGARDS

Industries with a low number of articles over the last 12 months, but with a high growth compared to the previous 12 months.

Industries already participating in networks within the new space, quickly growing their involvement.

Growth Volume

Timeframe: Jan 2017 – Dec 2018
For comprehensibility values for volume and growth are standardized and normalized (values from 0-100).

Der Pfeil in der obigen Abbildung zeigt eine typische Trendentwicklung und einen Lebenszyklus von einem kleinen und wachsenden Trend – der in relativ wenigen Fachartikeln und wissenschaftlichen Publikationen diskutiert wird – zu einem größeren, etablierten Trend mit stagnierendem Wachstum, der seit langem in verschiedenen Medien vertreten ist und sich von Nischenfachkreisen in den Mainstream verschoben hat.

Ein Blick in die "Early Adopter"-Industrien

Sonar ermöglicht es Reply, einen Einblick zu erhalten, wie einzelne Branchen derzeit mit dem Thema Quantum Computing umgehen. Wo sehen diese Branchen die Einsatzmöglichkeiten von Quantencomputern und wie weit sind die realen Anwendungsszenarien bereits?

INFORMATIK

CYBERSECURITY

FINANCIAL SERVICES

LOGISTIK & TRANSPORT

INFORMATIK

Das Thema Quantum Computing hat sich in der Informatikindustrie seit 2013 Schritt für Schritt etabliert. Morgan Stanley-Analysten prognostizieren, dass sich der High-End-Quantencomputer-Markt (derzeit von IBM auf fünf bis sechs Milliarden US-Dollar pro Jahr geschätzt) fast verdoppeln und bis 2025 zehn Milliarden Dollar pro Jahr erreichen wird. Die Entwicklung von Quantencomputern hat seit dem Einzug der Technologieriesen in das Geschäft einen deutlichen Schub erfahren. Zahlreiche Ankündigungen und Einführungen von IBM haben in Medienkreisen für Aufsehen gesorgt und zu einem erheblichen Volumen an Berichten geführt. Unter den Ankündigungen, die das größte Medieninteresse weckten, waren 2017 die Meldungen, dass IBM seine Quantum Computer API der Öffentlichkeit zur Verfügung stellt sowie IBMs Einführung einer Quantum-Computing-Plattform mit vielen Fortune-500-Kunden und 2019 die Enthüllung des IBM Q System One, eines ersten eigenständigen 20-Bit-Quantencomputers. Großes Medieninteresse weckte Microsoft im Jahr 2018, als das Unternehmen ein Quantum Computing Toolkit auf den Markt brachte. Intel kündigte im gleichen Jahr den Teststart seines winzigen "Spin Qubit" an, eine Entwicklung, die einen großen Einfluss auf das Quantum Computing haben soll.

D-Wave Systems, das einzige Unternehmen, das bis Januar 2019 kommerzielle Quantencomputer herstellt und verkauft, sammelte 204,7 Mio. US-Dollar in 14 Finanzierungsrunden ein.

Xanadu, ein Unternehmen mit der Mission, den weltweit ersten praxistauglichen Quantencomputer zu entwickeln, konnte insgesamt 9 Mio. US-Dollar einsammeln.

Cambridge Quantum Computing entwickelt Tools, die die Kommerzialisierung von Quantencomputern unterstützen sollen und hat insgesamt 18,8 Mio. US-Dollar an Finanzmitteln eingeworben.

Das gibt es schon

Mit seiner “quantum-first” Cloud-Plattform vereint Rigetti das Beste aus klassischem und Quanten-Computing auf einer einzigen Cloud-Plattform, die hilft, Programme zu entwickeln und auszuführen, die die Leistungsfähigkeit realer Quanten-Hardware mit der Leichtigkeit einer virtuellen Entwicklungsumgebung nutzen. Damit will sich Rigetti den grundlegenden Herausforderungen in Medizin, Energie, Wirtschaft und Wissenschaft stellen.

CYBERSECURITY

Da Quantum Computing, dadurch, dass es die gängigsten Verschlüsselungsmethoden in Frage stellt, eine Bedrohung für heute standardmäßig genutzte Sicherheitsmechanismen darstellt, ist es wichtig, dass Regierungen und Unternehmen „quantensichere“ Lösungen entwickeln. In diesem Rennen steht China mit Initiativen wie dem Micius-Satelliten oder dem Aufbau einer nationalen Netzwerkinfrastruktur an vorderster Front. Obwohl auf kommerzieller Ebene noch nicht verfügbar, haben Fortschritte im Quanten-Computing gleichzeitig das Potenzial, die Sicherheit und Verschlüsselung zu verbessern. Die Vorreiter im Bereich Quantum Computing werden von ISARA angeführt, gefolgt von ID Quantique, Quintessence Labs, Qubitekk und Post Quantum. Sie alle haben eines gemeinsam: Sie sind alle führende Start-up-Unternehmen im Bereich der Quantensicherheit und Verschlüsselung.

ISARA bietet quantensichere Security-Lösungen, um Bedrohungen durch Quantencomputer zu bekämpfen und hat 13 Mio. US-Dollar an Finanzmitteln eingeworben.

TRENDING PLAYERS

1ISARA

2ID Quantique

3Quintessence Labs

Das gibt es schon

Im Juli 2015 gründeten Alibaba´s Cloud Unit und die Chinese Academy of Sciences das Alibaba Quantum Computing Laboratory, eine Forschungseinrichtung mit Sitz in Shanghai. Alibaba will mit Quantencomputern mehr Sicherheit für den E-Commerce und die für ihn genutzten Rechenzentren entwickeln.

FINANCIAL SERVICES

Quantum Computing stößt bei Finanzdienstleistern mit Anwendungen von der Portfoliooptimierung über die Betrugserkennung, von Zahlungssystemen bis hin zum Hochfrequenzhandel auf zunehmendes Interesse. In den letzten Jahren hat die Investitionstätigkeit stetig zugenommen, wobei Finanzunternehmen wie Goldman Sachs, RBS und Citigroup Geld in Quantum-Computing-Technologie investieren oder eigene Talente einstellen, um der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein. Einige Finanzunternehmen beginnen bereits, mit Anwendungsfällen zu experimentieren, die die Technologie im Fintech-Bereich anwenden. Im Jahr 2018 investierte Goldman Sachs (einer der Hauptinvestoren von D-Wave) zusammen mit der Citigroup als zweitem Hauptinvestor in QC Ware, ein Softwareunternehmen, das Quantencomputer in das Unternehmen einführt. J.P. Morgan und Barclays erhielten umfangreiche Medienberichterstattung, als sie sich dem IBM-Quantencomputersystem anschlossen.

1QBit erhält von Fujitsu, Accenture, Allianz, RBS und CME Ventures 45 Mio. US-Dollar in der Serie B Finanzierung, um Quantum-Computing-Anwendungen voranzutreiben.

QC Ware erreicht 6,5 Mio. US-Dollar in einer Serie A Finanzierung – die Lead-Investoren: Goldman Sachs und Citigroup.

Das gibt es schon

J.P. Morgan Chase & Co. arbeitet mit IBM zusammen, um zu verstehen, wie sich die neue Technologie auf das Unternehmen und seine Kunden auswirken wird, und um mögliche Anwendungsfälle zu untersuchen. Sie experimentieren mit dem Potenzial des Quantencomputings zur Lösung rechenintensiver Probleme, wie sie beispielsweise bei der Risikoanalyse oder Handelsstrategien auftreten.

LOGISTIK & TRANSPORT

Die Logistik- und Transporttrends zeigen seit Ende 2017 die höchsten Wachstumsraten, da viele Unternehmen dieser Branche begonnen haben, die Chancen des Quantum Computing zu nutzen. Die Ankündigung, dass die großen Automobilkonzerne Daimler und Honda IBM Quantencomputer kaufen, führte Anfang 2018 zu einem starken Anstieg des Interesses. Dieses Wachstum setzte sich fort, da viele Luft- und Raumfahrtunternehmen ihre Investitionen und Forschungen zur Rolle des Quantum Computing für ihre Branche erhöhten. Im Januar 2019 gab es jedoch den bisher höchsten Anstieg des Interesses: Volkswagen kündigte den Einsatz von Quantum Computing im Verkehrsmanagement an.

Eine Partnerschaft zwischen Ford und der NASA untersucht die Möglichkeiten, Quantum Computing auf die autonome Fahrzeugforschung anzuwenden, wobei Ford 100.000 US-Dollar zur Verfügung stellt.

Airbus ist Teil der zweiten Finanzierungsrunde für das Quanten-Softwareunternehmen QC Ware zur Förderung der Flugzeugforschung. QC Ware hat in dieser Runde insgesamt 6,5 Mio. US-Dollar erhalten.

Das gibt es schon

Volkswagen hat den Grundstein für die Simulation und Optimierung der chemischen Struktur von leistungsstarken Elektrofahrzeugbatterien auf einem Quantencomputer gelegt. Ein solcher Quantenalgorithmus könnte die chemische Zusammensetzung einer Batterie nach verschiedenen Kriterien simulieren und ein Design liefern, das direkt für die Produktion verwendet werden kann. Dies würde den bisher zeitaufwändigen und ressourcenintensiven Batterieentwicklungsprozess deutlich beschleunigen.

QUANTUM COMPUTING WIRD DIE KI REVOLUTIONIEREN.

Quantencomputer sind in der Lage, Rechenprozesse von Jahren auf Stunden oder sogar Minuten zu reduzieren. Möglich wird das durch Parallelverarbeitung – die exponentiell durch Hinzufügen von Qubits skaliert wird. Insbesondere in den Bereichen ML, KI und Big Data verspricht dies die Lösung komplexer Probleme, die aufgrund der Rechengrenzen einer klassischen Rechnerarchitektur bisher nicht gelöst werden konnten.

Beispiele:
- Eine KI auf einem Quantencomputer hat das Potenzial, ein echtes Gespräch mit Menschen zu führen und in Echtzeit tatsächlich zu verstehen, was gesagt wird.
- Quantencomputer könnten die Gene einer Person viel schneller sequenzieren und analysieren als die Methoden, die wir heute anwenden. Dies würde den Weg für eine personalisierte Medikamentenentwicklung ebnen.

AKTUELLE DATENVERSCHLÜSSELUNGSTAKTIKEN WERDEN UNBRAUCHBAR.

Die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern wird die aktuellen Verarbeitungsmöglichkeiten in den Schatten stellen und uns in eine neue Ära des Wissens und der Entdeckung führen. Diese Macht stellt jedoch eine große Bedrohung für die Cybersicherheit dar, so dass der Schutz von kommerziellen Transaktionen und anderen Datenübertragungen völlig neu gestaltet werden muss. Glücklicherweise begegnet die Quanten-Cybersecurity dieser Herausforderung bereits mit Fortschritten wie Quantenschlüsselaustausch, quantensicheren Algorithmen und echten Zufallszahlen.

Beispiel:
- Laut Gartner werden innerhalb von fünf Jahren mehr als 20 Prozent aller Unternehmen in Quantencomputerprodukte einschließlich quantensicherer Verschlüsselung investieren, um ihre Sicherheit vor Cyberangriffen zu gewährleisten.

EARLY ADOPTERS

INFORMATIK

Erkennung statistischer Anomalien

Bilder und Muster erkennen

Training neuronaler Netze

Verifizierung und Validierung von Software

Klassifizierung unstrukturierter Daten

CYBERSECURITY

Kryptographie

Quantensichere Kommunikation

Optimierung des Netzwerkbetriebs

Betrugserkennung

FINANCIAL SERVICES

Erkennen von Marktinstabilitäten

Entwicklung von Handelsstrategien

Portfolio-Optimierung

Finanzprognose

Marktsimulation

Anlagenpreisgestaltung

LOGISTIK & TRANSPORT

Intelligentes Verkehrsmanagement

Autonome Fahrzeuge

Optimierung der E-Lade-Infrastruktur

Material Science: z.B. Batterietechnik

F&E und Fertigung

PROSPECTS

VERTEIDIGUNG

Einsatzplanung und Logistik

Systemvalidierungen und Verifizierung

Optimierung der Batterietechnik

MEDIEN & MARKETING

Werbeplanung

Umsatzmaximierung

Kampagnenoptimierung

TELEKOMMUNIKATION

Quantensichere Kommunikation

Optimierung des Netzwerkbetriebs

LAGGARDS