Fit für die Zukunft: Quantum Readiness für Unternehmen

Mit Quantum Machine Learning bereit für das
Quantenzeitalter

Ob große Durchbrüche im Ingenieurwesen, der Logistik oder disruptive Einflüsse auf die IT-Sicherheit – Quantentechnologien besitzen das Potenzial, unsere Wirtschaft und Gesellschaft künftig schlagartig zu ändern. Für Unternehmen heißt das, sich schon jetzt auf die damit verbundenen Herausforderungen vorzubereiten und u. a. folgende Fragen zu klären:

  • Inwiefern muss sich Ihr Unternehmen auf Quantentechnologien vorbereiten?
  • Welche individuellen Geschäftsperspektiven ergeben sich?
  • Welche Anforderungen müssen erfüllt sein, um eine sogenannte »Quantum Readiness« im Unternehmen zu erreichen?

Die Expert*innen des Fraunhofer IAIS bieten Unternehmen dabei ihre kompetente Unterstützung an. Neben Beratung und Aufbau von Expertise, zeigen sie konkrete Möglichkeiten auf, wie Sie schon jetzt die Potenziale von Quantentechnologien nutzen können.
 

Mit dem »IAIS Evo Annealer« schon heute das
Potenzial von Quantentechnologien nutzen

Damit Unternehmen vorab prüfen können, inwiefern sie von Quantentechnologien profitieren können, hat das Fraunhofer IAIS den sogenannten »IAIS Evo Annealer« entwickelt. Mithilfe dieser Technologie lassen sich mathematische Probleme bereits jetzt effizienter lösen als bisher üblich.

»Ohne auf einen Quantencomputer zugreifen zu müssen, können unsere Kunden mit dem IAIS Evo Annealer prüfen, inwiefern sich ihre mathematischen Probleme künftig mit Quantencomputing lösen lassen. Dabei erzielen sie bereits jetzt schon profitable Ergebnisse«.

Dr. Nico Piatkowski, Senior Scientist im Bereich Quantum Machine Learning am Fraunhofer IAIS

IAIS Evo Annealer

© Fraunhofer IAIS

Unsere Technologie vereint Ansätze des Maschinellen Lernens mit solchen der Quanteninformationsverarbeitung zum »Quantum-inspired Machine Learning« (Qi-ML). Ohne auf einen Quantencomputer zugreifen zu müssen, lassen sich bereits jetzt effizientere Berechnungen für mathematische Fragestellungen durchführen und gleichzeitig auch ihre Kompatibilität mit Quantentechnologien testen.

Beispielhafte Use-Cases des IAIS Evo Annealers

Der »IAIS Evo Annealer« eignet sich besonders gut für rechenintensive Optimierungsprobleme, die in der Unternehmenspraxis kurzfristig gelöst werden müssen oder besonders viele Variablen enthalten. Zum Beispiel:

  • Routenberechnungen in der Logistik
  • Portfolioanalysen in der Finanzwirtschaft
  • Flugplanungen und Logistik in der Luftfahrt
  • Herstellung neuer Medikamente in der Pharmaforschung

Der IAIS Evo Annealer kann über eine WebApp oder API aufgerufen werden und nutzt sogenannte »evolutionäre Algorithmen«, mit denen bis zu 16 Millionen mögliche Lösungen einer Funktion pro Sekunde bewertet und optimiert werden können. Durch die zufallsbasierte Generierung möglicher Lösungen und intelligentes Ausprobieren kommt es bereits nach kurzer Zeit zur Lösung des mathematischen Problems. Dabei  wird das Berechnungsproblem »Quantum Ready« formuliert, sodass es auch künftig mit ausgereiften Quantentechnologien kompatibel ist.

In sechs Schritten zur »Quantum Readiness« für Ihr Unternehmen

Interessiert am Einsatz des IAIS Evo Annealers? Von Beginn der Zusammenarbeit bis zum konkreten Einsatz der fertigen Lösung vergehen in der Regel drei Monate. Der Zeitaufwand kann natürlich abhängig vom Use-Case variieren. Am Ende des Projektes haben Sie eine zukunftssichere Lösung und das benötigte Grundverständnis, um Ihr Unternehmen strategisch zu positionieren. Für eine erfolgreiche Umsetzung führen die Expert*innen des Fraunhofer IAIS regelmäßige Rücksprachen durch und bieten auch nach Integration bei Bedarf ihre Unterstützung an.

Der typische Ablauf der Zusammenarbeit sieht wie folgt aus:

  1. Identifikation mathematischer Probleme und Use-Cases in einem unverbindlichen Workshop
  2. Anpassung der mathematischen Formulierungen und Parameter für die Weiterverarbeitung mit dem IAIS Evo Annealer
  3. Abbildung des mathematischen Problems auf dem IAIS Evo Annealer
  4. Optimierung der Lösung mit dem IAIS Evo Annealer und manuelle Nachjustierung der Parameter bei Bedarf
  5. Integration der fertigen Lösung
  6. Support und Wissenstransfer
© Fraunhofer IAIS

Digital Annealing vs. Quantencomputing: Wo ist der Unterschied?

Mit dem »Digital Annealing« wird die Funktionsweise eines Quantencomputers nachgebildet, sodass für die Berechnung kein Quantencomputer genutzt werden muss.

Damit lassen sich bisher schwierig und langwierig zu berechnende mathematische Probleme effizienter lösen, sogenannte »Quadratic unconstrained binary optimization problems« (QUBO). Dabei wird das Berechnungsproblem »Quantum Ready« formuliert, sodass es auch künftig mit ausgereiften Quantentechnologien kompatibel ist.

Bei Interesse haben die Expert*innen des Fraunhofer IAIS ebenfalls die Möglichkeit, Ihre Berechnungen auch auf den bisher einzigen Quantencomputern in Deutschland von IBM und D-Wave durchzuführen.

IAIS Evo Annealer

  • Emulation von 2048 Qubits, alle nutzbar für allgemeine QUBOs
  • Operiert fehlerfrei auf Zimmertemperatur
  • Skaliert besser bei diskreten mathematischen Problemen
  • 100 % kompatibel mit D-Wave und IBM-Lösungen
  • Kosteneffiziente und einfache Integration in bestehende Systeme

Quantencomputer (IBM)

  • 127 Qubits, alle nutzbar für allgemeine QUBOs
  • Kühlung auf 0 Kelvin (-273° C) für störungsfreien Betrieb notwendig (ressourcenintensiv)
  • Skaliert besser bei Wahrscheinlichkeitsberechnung (z. B. Pharmaforschung)
  • Aufwändige Integration in bestehende Prozesse