22.06.2023

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

Microsoft ist nun in der Lage, sogenannte Majorana-Fermionen zu erzeugen. Dies sei ein erster "Step" in Richtung "Quanten-Supercomputer".
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Quanten-Supercompter, Mocrosoft, qubits
(c) Microsoft - Illustrativer Aufbau des Quanten-Supercomputers von Microsoft in einem Azure-Datenzentrum.

Im Rahmen seiner virtuellen Konferenz „Azure Quantum: Accelerating Scientific Discovery“ gab Microsoft bekannt, einen grundlegenden Durchbruch in der Physik geschafft zu haben. Dafür hat das Unternehmen die von Fachleuten geprüften Daten in einer Zeitschrift der „American Physical Society“ vorgelegt. Der US-Konzern habe damit „den ersten Meilenstein“ auf dem Weg zu einem Quanten-Supercomputer erreicht und sei nun in der Lage, sogenannte Majorana-Fermionen zu erzeugen und zu kontrollieren und damit auf dem Weg, ein neues, hardwaregeschütztes Qubit (in der Quanteninformatik, die Grundlage für Quantencomputer) zu entwickeln.

Quanten-Supercomputer: „Eher in Jahren statt Jahrzehnten“

Krysta Svore, Microsofts Vizepräsidentin für fortgeschrittene Quantenentwicklung, erzählte Techcrunch, dass das Unternehmen glaubt, dass es weniger als zehn Jahre dauern wird, um einen Quanten-Supercomputer mit diesen Qubits zu bauen – der zuverlässig eine Million Quantenoperationen pro Sekunde durchführen kann. Dies sei eine neue Messgröße, die Microsoft einführe, da die gesamte Branche bestrebt ist, die derzeitige Ära des lauten Quantencomputers im mittleren Maßstab (NISQ) zu überwinden. „Wir denken über unseren Fahrplan und die Zeit bis zum Quanten-Supercomputer eher in Jahren als in Jahrzehnten“, so Svore.

Stabilität als Vorteil

Majorana-Qubits haben den Vorteil, dass sie sehr stabil sind (vor allem im Vergleich zu herkömmlichen Techniken), aber auch extrem schwierig zu erzeugen. Die von Experten begutachtete Arbeit belegt, dass Microsoft diesen ersten „Milestone“ auf dem Weg zu einem Quanten-Supercomputer tatsächlich erreicht hat. Um zu diesem Punkt zu gelangen, hat das US-Unternehmen Ergebnisse von mehr Geräten und weitaus mehr Daten vorgelegt als vor einem Jahr, als es diese Arbeit erstmals ankündigt hatte.

Qubits und Code

„Heute befinden wir uns wirklich auf dieser grundlegenden Implementierungsebene“, so Svore weiter bei Techcrunch. „Wir haben lärmende Quantenmaschinen in mittlerem Maßstab. Sie basieren auf physikalischen Qubits und sind noch nicht zuverlässig genug, um etwas Praktisches oder Nützliches zu leisten. Weder für die Wissenschaft noch für die kommerzielle Industrie. Die nächste Stufe, die wir als Industrie erreichen müssen, ist die der Widerstandsfähigkeit. Wir müssen in der Lage sein, nicht nur mit physikalischen Qubits zu arbeiten, sondern diese physikalischen Qubits mit einem fehlerkorrigierenden Code zu versehen und sie als eine Einheit zu verwenden, die als logisches Qubit dient.“

Quanten-Supercomputer: Multiqubit-System als Ziel

Um diesen Punkt zu erreichen, brauche man einen Quantencomputer, der diese „eine Million zuverlässigen Quantenoperationen pro Sekunde“ und eine Fehlerrate von „einer pro Billion Operationen“ durchführen könne. Konkretes Ziel ist es, ein kleineres Multiqubit-System zu bauen und ein vollständiges Quantensystem zu demonstrieren.

Azure Quantum Elements und Copilot for Azure Quantum

Microsoft hat zudem nicht nur diese Roadmap vorgestellt, sondern auch „Azure Quantum Elements“, eine Plattform zur Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen durch die Kombination von Hochleistungscomputern, KI und Quantenphysik, sowie „Copilot for Azure Quantum“, ein speziell trainiertes KI-Modell, das Wissenschaftler:innen bei der Erstellung von Berechnungen und Simulationen im Quantenbereich helfen soll.

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Manuel Prohaska ist Gründer von MPC² | (c) LA-Cinematics / MPC²

Es ist eines dieser Themen, mit denen sich Normalverbraucher:innen im Alltag zwar nicht beschäftigen, die aber letztlich indirekt alle betreffen: Korrosionsprüfung. Oder sehr vereinfacht gesagt: Rohre müssen leckagefrei sein und bleiben, vor allem dort, wo nicht nur sinnbildlich mit Hochdruck gearbeitet wird.

Doch die Überprüfung der Korrosionsbeständigkeit kritischer Komponenten bei bestehenden Anlagen ist mit dem derzeitigen Standard-Prozedere schwierig bis schlicht unmöglich. „Die regelmäßige Korrosionsprüfung ist in manchen Märkten und Anwendungen verpflichtend, kann jedoch verlässlich nur im Labor durchgeführt werden. Dazu müssen Bauteile ausgebaut werden, was teilweise einfach nicht möglich ist. Daher behilft man sich oft mit separaten ‚Qualifizierungsstücken‘, vor allem während der Fertigung der Komponenten. Und dann dauert die Überprüfung im Labor mindestens eine, oftmals bis zu sechs Wochen“, sagt Manuel Prohaska, Gründer des steirischen Startups MPC².

Korrosionsprüfung direkt vor Ort in Stunden statt Wochen

Mit dem patentierten System „Corrosion Ray“ arbeiten er und sein Team an einer Lösung. „Wir versuchen, die Korrosionsprüfung zu revolutionieren, indem wir sie zum Kunden bringen, anstatt der Kunde die Proben zu uns ins Labor“, sagt Prohaska. Mit dem mobilen Gerät lassen sich Rohre und insbesondere deren Schweißnähte ohne Beschädigung direkt vor Ort prüfen. „Wir nutzen dazu elektrochemische Methoden und liefern Ergebnisse, die qualitativ und vor allem quantitativ Laborergebnissen entsprechen“, so der Gründer.

Nicht nur die Überprüfungszeit lasse sich damit von Wochen auf Stunden reduzieren. „Auch der Umweltaspekt ist nicht zu vernachlässigen. Wir sparen mit der Methode im Vergleich zur konventionellen Auslagerungsprüfung 99 Prozent der Energie, brauchen kaum Chemikalien und deutlich weniger Wasser“, sagt Prohaska. Für Kunden sei aber der finanzielle Aspekt am entscheidendsten. „Bei großen Anlagen bedeutet ein Tag Ausfall sechs- bis siebenstellige Einbußen“.

„Wir sind mit unserer Prüfmethodik einfach näher an der Wahrheit“

Prohaska weiß sehr genau, wovon er spricht. In seinen früheren beruflichen Stationen baute der studierte Werkstoff- und Korrosionswissenschaftler nicht nur genau die fachliche Expertise auf, die er jetzt mit MPC² umsetzt. Als Geschäftsführer von Betrieben mit mehreren Hundert Mitarbeiter:innen lernte er auch die betriebswirtschaftliche Seite genau kennen.

(c) LA-Cinematics / MPC²

Aktuell befindet sich „Corrosion Ray“ aber noch im fortgeschrittenen Prototypen-Stadium. Die Technologie dahinter nicht: Schon jetzt setzen mehrere Stahlkonzerne, Komponenten-Hersteller und Chemie-Riesen, die auch die Zielgruppe für das neue System sind, auf die bestehenden Korrosionsprüfungs-Angebote von MPC² – teilweise mit sechsstelligen Auftragseingängen. „Wir haben einen speziellen Prüfstand, mit dem wir unsere Methode auch mit konventionellen Korrosionsprüfungen vergleichen. Wir sind mit unserer Prüfmethodik einfach näher an der Wahrheit, als mit den alten Methoden, die lange dauern und gleichzeitig relativ ungenau sind“, so Prohaska.

Mit Predictive Maintenance auf den Weltmarkt

Momentan ist das Angebot mit diesem Prüfstand noch der lukrativste Geschäftsbereich des Unternehmens. In den kommenden Jahren soll sich das ändern. Bis 2035 will MPC² auf 60 Millionen Euro Jahresumsatz anwachsen. Davon soll „Corrosion Ray“ laut Plan 65 bis 70 Prozent bringen. Technologisch soll dann der Bereich Predictive Maintenance im Zentrum stehen. „Wir können Kunden schon jetzt sehr genau sagen, wo es in ein paar Jahren Probleme beim Material geben wird. Mit den Daten, die wir jetzt dazu sammeln, wollen wir diese Lebensdauer-Vorhersage mit Hilfe von KI künftig noch deutlich präziser machen“, erklärt Prohaska.

Um diese Ziele umzusetzen, will das vierköpfige Team in einem ersten Schritt 600.000 Euro Investment-Kapital aufnehmen, mit dem die Kleinserienfertigung von „Corrosion Ray“ aufgebaut werden soll. „Wir halten schon jetzt Ausschau nach strategischen Investoren. Noch wichtiger werden die, wenn es in einigen Jahren an die große Produktion geht“, sagt der Gründer. Dann sei auch eine größere Kapitalrunde geplant.

aws als größter Fördergeber – „sonst wären wir nicht so weit gekommen“

Bislang finanziert sich das Unternehmen aus den eigenen Umsätzen und aus Förderungen. Dank der hohen Auftragseingänge werden kommendes Jahr die Unternehmenseinnahmen erstmals den Förderbetrag übersteigen. Dennoch sei man noch auf die Fördergelder angewiesen. „Den mit Abstand größten Anteil beim Fördervolumen hatten die Programme aws Preseed und aws Seedfinancing – Deep Tech“, erzählt Prohaska. „Das war extrem wichtig, sonst wären wir nicht so weit gekommen.“ Dabei betont der Gründer auch das Service: „Wenn man etwas gebraucht hat, waren sie immer da.“


Disclaimer: Dieser Artikel ist im Rahmen einer Medienbeauftragung mit der Austria Wirtschaftsservice (aws) entstanden.

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Welche gesellschaftspolitischen Auswirkungen hat der Inhalt dieses Artikels?

Die Entwicklung eines Quanten-Supercomputers hat das Potenzial, großen Einfluss auf verschiedene Bereiche der Gesellschaft zu haben, wie beispielsweise Medizin, Finanzen, Energiesektor, Logistik und mehr. Mit der Fähigkeit, komplexe Berechnungen in kürzester Zeit durchzuführen, könnten große Fortschritte in der Wissenschaft und Technologie erzielt werden. Auf der anderen Seite birgt der Fortschritt der Quantencomputertechnologie auch Herausforderungen im Hinblick auf Sicherheit und Datenschutz, die angegangen werden müssen.

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Welche wirtschaftlichen Auswirkungen hat der Inhalt dieses Artikels?

Es wird erwartet, dass Microsoft innerhalb der nächsten Dekade einen Quanten-Supercomputer mit einer neuen Messgröße – einer Million zuverlässigen Quantenoperationen pro Sekunde – baut. Dies wird voraussichtlich zu einer signifikanten wirtschaftlichen und technologischen Veränderung führen und die Möglichkeiten für zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsprojekte eröffnen. Die Einführung von Azure Quantum Elements und Copilot for Azure Quantum zeigt, dass Microsoft sich aktiv bemüht, die Nutzung von Quantencomputern in der Industrie und Wissenschaft zu beschleunigen und voranzutreiben.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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Welche Relevanz hat der Inhalt dieses Artikels für mich als Innovationsmanager:in?

Als Innovationsmanager:in sollten Sie sich über den Fortschritt in der Quanten-Computertechnologie im Allgemeinen und Microsofts Fortschritte auf diesem Gebiet im Besonderen im Klaren sein. Microsoft hat durch die Vorgehensweise von Majorana-Fermionen einen bedeutenden Durchbruch erzielt und arbeitet daran, einen Quanten-Supercomputer zu bauen, der in der Lage ist, eine Million Quantenoperationen pro Sekunde auszuführen. Dieser Fortschritt könnte die Art und Weise, wie wir Probleme angehen und lösen, revolutionieren, insbesondere für komplexe und umfangreiche Datensätze und Simulationen, was vielfältige Herausforderungen und Möglichkeiten im Bereich der Innovation bietet.

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Welche Relevanz hat der Inhalt dieses Artikels für mich als Investor:in?

Microsoft gibt bekannt, dass das Unternehmen auf dem Weg ist, einen Quanten-Supercomputer mit Qubits zu entwickeln, die zuverlässig eine Millionen Quantenoperationen pro Sekunde durchführen können. Das Unternehmen sieht den Zeitrahmen für die Entwicklung eines solchen Quanten-Supercomputers eher in Jahren als in Jahrzehnten. Dieser Fortschritt könnte langfristig große Auswirkungen auf verschiedene Branchen haben, insbesondere in Bereichen, die von schnelleren und leistungsfähigeren Rechenleistungen profitieren. Als Investor:in sollten Sie diese Entwicklung verfolgen, da sie die Zukunft der Technologie verändern könnte.

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Welche Relevanz hat der Inhalt dieses Artikels für mich als Politiker:in?

Als Politiker:in kann der Fortschritt in der Entwicklung von Quanten-Supercomputern von Microsoft von großer Bedeutung sein. Diese könnten in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Lösung komplexer Probleme in Bereichen wie der Forschung, Kryptographie und Datenanalyse spielen. Die Fähigkeit, Millionen von Quantenoperationen pro Sekunde durchzuführen, könnte auch große Auswirkungen auf die Geschwindigkeit und Effizienz von Berechnungen haben, die für Regierungsbehörden von Bedeutung sind. Es ist daher wichtig, über die Entwicklung solcher Technologien auf dem Laufenden zu bleiben und zu verstehen, wie sie unsere Politik und Gesellschaft beeinflussen könnten.

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Microsoft hat einen grundlegenden Durchbruch in der Physik erzielt, indem es sogenannte Majorana-Fermionen erzeugt und kontrolliert hat. Dieser Durchbruch bringt Microsoft einen Schritt näher an die Entwicklung von Quanten-Supercomputern, die in der Lage sind, Millionen von Quantenoperationen pro Sekunde auszuführen. Das Unternehmen behauptet, dass es weniger als zehn Jahre dauern wird, um einen solchen Quanten-Supercomputer zu bauen. Microsoft hat auch eine Plattform namens Azure Quantum Elements eingeführt, die die Kombination von Hochleistungscomputern, KI und Quantenphysik zur Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen ermöglicht.

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