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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Das Grazer Startup Zyglox misst Belastungen an Radsätzen von Zügen berührungslos mit Sensorik aus der Raumfahrt. Gefördert wird es von der Austria Wirtschaftsservice (aws). Wir haben mit Gründer Jakob Moder gesprochen.
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Das Zyglox-Team in Graz, in der Mitte die Gründer Jakob Moder (links) und Erik Gerstl (rechts). © Zyglox

Rund die Hälfte der Lifecycle-Kosten eines Zuges entfällt auf die Wartung, und davon wiederum mehr als die Hälfte auf Räder, Achsen und Fahrwerk, sagt Jakob Moder. Wie stark diese Bauteile im Betrieb tatsächlich belastet werden, wird bisher aber kaum gemessen. Der Grund ist simpel: Es fehlt an präziser Messtechnik, die im Dauerbetrieb einsetzbar ist. Das Grazer Startup Zyglox will das ändern.

„Die Eisenbahn ist nicht ins 21. Jahrhundert gekommen“

Der Name ist ein Wortspiel: Zyglox, gesprochen „Zügloks“, steht für Messtechnik für Züge und Loks. Dahinter stehen Jakob Moder und Erik Gerstl, die zuvor gemeinsam in der Messtechnik gearbeitet haben. Moder wechselte später in den Eisenbahnbereich und erlebte die Lücke dort aus der Praxis. Was es brauche, sei eine Lösung, „die das einerseits zuverlässig erkennt und gleichzeitig gut applizierbar ist“. Sein Urteil: „Bei der Usability ist die Eisenbahn nicht ins 21. Jahrhundert gekommen.“ Ende 2023 gründeten die beiden Techniker Zyglox in Graz.

Die bisherige Methode mit Dehnmessstreifen sei „einfach zu teuer“, erklärt Moder. Der Zug müsse dafür ein bis zwei Wochen zerlegt und instrumentiert werden, deshalb passiere das nur bei der Zulassung. „Das dauert ein Jahr, diese Technik reinzubringen, die Zulassung durchzuführen, und dann wird es wieder rausgenommen.“ Im laufenden Betrieb bleiben nur Beschleunigungssensoren, wie sie auch in jedem Smartphone stecken. „Das ist von der Datenqualität her ganz was anderes. Unser Sensor ist wie 4K, der Beschleunigungssensor liefert ein verpixeltes Foto von den Zuständen.“

Ein Sensor für Zulassung und Dauerbetrieb

Die Lösung von Zyglox lässt sich ohne größere Änderungen am Bauteil anbringen. „Wir haben eine Plug-and-Play-Lösung, die kann man einfach aufstecken“, sagt Moder. Ein Techniker braucht dafür laut Zyglox 30 Minuten. Der Sensor messe Dehnungen an Achsen, Wellen oder Schienen und liefere „gleiche oder bessere Daten als die Lösungen bisher“. Das Ziel ist ein Universalwerkzeug: genau genug für die Zulassung, aber so ausgelegt, dass es danach auf dem Fahrzeug bleibt und die Kräfte im Rad-Schiene-Kontakt dauerhaft erfasst. „Da gibt es ein großes Anwendungsfeld, denn damit wird auch die Infrastruktur überwacht“, so Moder.

Jeden Tag werden auf der Schiene hunderttausende Kilometer zurückgelegt. Zyglox will jeden davon nutzbar machen, um zu lernen, zu verbessern und vorherzusagen. Mit herkömmlichen Methoden war das Erfassen dieser Daten bisher zu teuer, zu langsam und zu aufwendig. © Zyglox

Physik aus dem Trafo, Sensoren aus dem Weltraum

Technisch nutzt Zyglox hochsensitive Magnetfeldsensoren aus der Raumfahrt, das Startup ist Teil eines Downstream-Programms der ESA. Das Prinzip erklärt Moder am Transformator: Der brummt, weil das Magnetfeld des Wechselstroms den Stahl minimal dehnt. „Und wir machen das Umgekehrte: Wenn sich der Stahl dehnt, ändert sich sein Magnetfeld in der Umgebung.“ Ein aktives Messverfahren berücksichtigt dabei den linearen Zusammenhang zwischen Belastung und Sensorsignal. Die Technologie ist patentiert, entwickelt und montiert wird in Graz.

Betreiber als Kunden, Wartung als Hebel

Als primäre Kunden sieht Zyglox die Bahnbetreiber, bei denen die Wartungskosten anfallen. Dazu kommt die Sicherheit: „Es gibt viele Vorfälle, die vielleicht nicht zu einem Unfall führen, wo man aber trotzdem sicherer und zuverlässiger unterwegs wäre, wenn man gutes Condition Monitoring hat.“

Ein kleines Pilotprojekt ist bereits abgeschlossen. Für 2027 ist der Einbau des Systems in Fahrzeuge im regulären Streckenbetrieb geplant, zunächst als Prototyp für einige Wochen Messung. Danach folgt die Zulassung. Ende 2027 soll daraus ein fertiges Produkt werden, erst dann könne die Skalierung beginnen, sagt Moder. An Interesse mangelt es nicht: „Wir können gar nicht alle Pilotprojekte machen“, weil Sensorentwicklung samt Software personalintensiv sei. Ende September zeigt das Team den Prototyp auf der InnoTrans in Berlin, der größten Messe für Schienenfahrzeuge.

Mit aws Preseed und aws Seed vom Effekt zum Produkt

Finanziert hat sich Zyglox bisher aus eigenen Mitteln und über die Austria Wirtschaftsservice (aws). Mit aws Preseed, konkret im Programm „aws Preseed | Seedfinacing – Deep Tech“, hat das Startup die ersten eineinhalb Jahre an der Sensortechnologie getüftelt. „Es hat uns die Möglichkeit gegeben, eine Idee, die bereits validiert war, einfach zu erproben. Einfach Zeit zu haben, weil Hardware dauert ein bisschen, etwa Prototypen zu iterieren“, sagt Moder. Es sei vor allem darum gegangen, „sicherzustellen, dass das dann ein Produkt werden kann“. Seit Mitte 2025 ist Zyglox im Seed-Programm der aws, das voraussichtlich bis Anfang 2028 läuft. Das Team ist inzwischen auf rund sieben Personen gewachsen. Für die Skalierungsphase im kommenden Jahr will sich das Startup nach Investoren umsehen: „Wenn eine Bestellung eintritt oder größer wird, werden wir das mit den aktuellen Mitteln wahrscheinlich nicht mehr stemmen können.“

Standortvorteil Graz

Den Standort Graz sieht Moder als klaren Vorteil: Siemens fertigt hier Fahrwerke, dazu kommen Messdienstleister, Prüfstandbauer und Nextsense. Zyglox sitzt direkt am Campus der TU Graz, mit Zugang zu Prüfständen der Universität und Maschinen der voestalpine. „Die gesamte Infrastruktur ist einzigartig“, sagt Moder. „Im Silicon Valley könnten wir das Produkt wahrscheinlich nicht entwickeln, in Österreich geht es besser. Das ist eigentlich ein bisschen verrückt, aber wir haben hier die optimalen Bedingungen.“


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

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Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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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.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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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.

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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.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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Was könnte das Bigger Picture von den Inhalten dieses Artikels sein?

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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