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Geschäftliche Auswirkungen

Lernziele​

Am Ende dieses Moduls solltest du in der Lage sein:

  • Die Vorteile zu erkennen, sich jetzt mit Quantencomputing zu befassen.
  • Die Branchen und Anwendungen zu identifizieren, in denen Quantencomputing vielversprechend ist.

Potenzielle Quantenanwendungen in der Industrie​

Klassische Supercomputer haben Schwierigkeiten, Probleme mit vielen Variablen zu lösen, die auf komplizierte Weise zusammenwirken – zum Beispiel die Modellierung des Verhaltens von Molekülen. Diese klassischen Grenzen behindern den Fortschritt in einer Vielzahl von Branchen und hemmen wichtige Forschung in Physik, Chemie, Materialwissenschaft und mehr.

Um zu verstehen, wie sich ein Molekül verhält, müssen Wissenschaftler es oft synthetisieren und in der realen Welt damit experimentieren. Um zu sehen, wie eine kleine Änderung sein Verhalten beeinflusst, müssen sie in der Regel die neue Version synthetisieren und das Experiment von vorne beginnen. Das ist ein kostspieliger und zeitaufwendiger Prozess. Er hemmt die Entwicklung leichterer und widerstandsfähigerer Materialien für den Luft- und Raumfahrtbereich, schränkt die Evolution von Halbleitern ein und bremst den Fortschritt in der Medizin. Quantencomputing könnte uns helfen, diese Komplexitätsgrenzen zu überwinden.

Wir erwarten, dass Quantencomputing die größten Auswirkungen in Bereichen wie maschinelles Lernen, die Simulation natürlicher Systeme und die Entwicklung nützlicher neuer Materialien haben wird.

IBM® untersucht Branchen, in denen Quantencomputing voraussichtlich Chancen bieten wird. Das nachfolgende Bild zeigt verschiedene Anwendungsfälle für eine Reihe von Branchen, und die folgenden Abschnitte dieser Lektion beschreiben, wie einige unserer Partner diese Anwendungsfälle erkunden.

Use Cases

Distribution und Logistik​

Wenn du an Supercomputer denkst, hast du vielleicht nationale Labore vor Augen. Aber wusstest du, dass einer der größten Supercomputer von Walmart betrieben wird? Wie ein Artikel von McKinsey zeigt, sind Reise, Transport und Logistik vielversprechende Bereiche für Quantencomputing.

Viele der größten Computersysteme sind darauf ausgerichtet, Optimierungs- und KI-Probleme in der Luft- und Schifffahrtsindustrie, im Einzelhandel sowie in der Konsumgüterindustrie zu lösen. Große und komplexe Optimierungs- und Simulationsaufgaben entstehen bei Netzwerkplanung, Routing, Terminplanung, Preisgestaltung, Frachtbeladung und Störungsmanagement. Die Bereitstellung unvergesslicher Kundenerlebnisse durch individualisierte Inhalte und zeitgemäße Empfehlungen wird durch sich weiterentwickelnde KI-Modelle ermöglicht. Allerdings skaliert die Komplexität der Probleme in der Regel exponentiell mit der Problemgröße.

Die NC State University hat in Zusammenarbeit mit Delta Air Lines die Anwendung von Quantentechnologie zur Optimierung der Flugzeug-Gate-Planung untersucht. Potenzielle Anwendungsfälle für Fluggesellschaften umfassen effizienteres Störungsmanagement durch Simulationen, die Planung von Flugnetzwerken und die Optimierung von Luftfrachtladungen.

Quantum computing use cases for airlines

Für die Logistikbranche, die eine erhebliche Beschleunigung des Online-Handels erlebt, könnten Quantencomputer die globale Routenoptimierung und häufige Neuoptimierung unterstützen, um profitable multimodale Transport- und Last-Mile-Delivery-Dienste zu schaffen. Quantencomputing könnte dabei helfen, die Auswirkungen von Logistikunterbrechungen genauer zu simulieren und nachhaltige Logistikprozesse zu fördern, beispielsweise die Optimierung von Containerschifffahrt.

Integrierte klassisch-quantene Lösungen könnten die Kundenprofilierung und relevante Next-Best-Action-Empfehlungen für den Einzelhandel und die Konsumgüterindustrie verbessern. Kontinuierliche Produktinnovation ist ein Schlüsselfaktor für diese Branchen, und Quantencomputing könnte eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und dem Testen neuer Produkte spielen. Die Optimierung der Lieferkette könnte Unternehmen besser dabei unterstützen, Komplexität zu bewältigen und ein Gleichgewicht zwischen Lagerknappheit und -überschuss zu finden.

Quantencomputer bieten ein Werkzeug, um diese Probleme aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Wissenschaftler experimentieren weiterhin mit besseren Algorithmen, die auf diese Probleme angewendet werden können. In Erwartung des kommerziellen Quantencomputings identifizieren und testen führende Unternehmen Anwendungsfälle, um interne Quantenkompetenzen aufzubauen. Je besser ein Anwendungsfall konzipiert ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er Geschäftswert erzeugt. Nehmen wir zum Beispiel den Anwendungsfall der Bewältigung von Betriebsstörungen in Flugplänen und der Personalplanung von Fluggesellschaften. Dieser Anwendungsfall ist vielversprechend, weil er das Potenzial hat, in Zukunft eine disruptive Lösung für ein zentrales Geschäftsproblem zu bieten; es gibt bereits eine, wenn auch suboptimale, klassische Alternative; und Quantenalgorithmen haben sich bereits als wirksam erwiesen, um die besten Szenarien in Monte-Carlo-Simulationen aus dem Bank- und Finanzwesen auszuwählen. Strategische Anwendungsfälle wie dieser berücksichtigen die kurzfristige technische Machbarkeit, das Potenzial von Quantencomputing, klassische Alternativen zu übertreffen, und die projizierte geschäftliche Wirkung, gemessen an Marktergebnissen, Wettbewerbsfolgen und finanziellen Auswirkungen. Bei einigen zentralen Geschäftsproblemen kann selbst ein kleiner Vorteil erhebliche Auswirkungen haben.

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Sieh dir diese Ressourcen an, um mehr über Quantencomputing-Anwendungsfälle im Einzel- und Konsumgüterhandel sowie in der Reise- und Transportbranche zu erfahren.

Finanzdienstleistungen​

Banken, Finanzmärkte und Versicherungsunternehmen sind auf das Management von Risiken ausgerichtet. Wall-Street-Größen wie JPMorgan Chase und Goldman Sachs hoffen, dass Quantencomputing ihnen einen Vorteil bei der Risikoabschätzung verschafft und sie dabei hilft, Chancen und Gefahren für ihre Portfolios besser zu steuern. Quantencomputer könnten Finanzprofis auch dabei helfen, ihre Monte-Carlo-Simulationen zu verbessern – mathematische Modelle, die mögliche Ergebnisse komplexer Entscheidungsbäume vorhersagen, um den Gewinn zu maximieren. Weitere Bereiche der Quantenexperimentierung umfassen Betrugserkennung, Geldwäschebekämpfung, Kreditscoring, präzise Kundenprofilierung, effizienteres Risikomanagement und die Optimierung von Preismodellen.

IBM-Forscher haben einen Quantenalgorithmus entwickelt, der den traditionellen Ansatz der Monte-Carlo-Stichprobenentnahme übertrifft. Bei einer Monte-Carlo-Simulation zieht der Computer viele zufällige Stichproben aus einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung, um das wahrscheinlichste Ergebnis zu ermitteln. Um den Fehler beim vorhergesagten Ergebnis der Monte-Carlo-Simulation um den Faktor 1/X1/X zu reduzieren, werden X2X^2 mehr traditionelle Stichproben benötigt, aber nur XX mehr Quantenstichproben. Das lässt sich auf zweierlei Weise interpretieren: (1) Mit einem Quantencomputer kann ein bestimmtes Konfidenzniveau schneller erreicht werden, oder (2) ein Quantencomputer kann bei fester Zeit mehr Konfidenz in das Ergebnis liefern als eine klassische Monte-Carlo-Lösung.

Quadratic speedup over Monte Carlo

Laut dem Bericht „Getting Your Financial Institution Ready for the Quantum Computing Revolution" des IBM Institute for Business Value erkunden Finanzinstitute Quantencomputing, um immens komplizierte Berechnungen drastisch zu beschleunigen und die Genauigkeit zu verbessern. Zu diesem Zweck haben IBM-Forscher einen Quantenfinanzsimulator für die Optionspreisgestaltung entwickelt. Mithilfe von Softwaretools und Quantenalgorithmen von IBM, die Optionen besser skalieren als traditionelle Methoden, experimentieren Mitglieder des IBM Quantum® Network mit Finanzen und Quantencomputing.

JPMorgan Chase hat mit IBM Quantum zusammengearbeitet, um den Preis von Finanzoptionen vorherzusagen sowie die Betrugserkennung und die Kreditwürdigkeitsprüfung zu verbessern.

PayPal hat mit IBM zusammengearbeitet, um herauszufinden, wie Quantencomputing für Betrugserkennung, Kreditrisikooperationen und die allgemeine Sicherheitslage eingesetzt werden kann.

HSBC arbeitet mit IBM zusammen, um die Quantum-Readiness zu beschleunigen. HSBC plant, Quantencomputing für Preis- und Portfoliooptimierung zu erkunden, seine Netto-Null-Ziele voranzutreiben und Risiken sowie betrügerische Aktivitäten zu mindern. Mehr dazu in diesem Artikel: „HSBC Working with IBM to Accelerate Quantum Computing Readiness."

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Gesundheitswesen und Biowissenschaften​

In diesem Sektor gibt es eine Vielzahl rechenintensiver Probleme, die durch eine Flut von realen und genomischen Daten entstehen, die mit herkömmlicher Computertechnik nicht ausreichend bewältigt werden können.

Im Gesundheitswesen könnte Quantencomputing dabei helfen, komplexe Herausforderungen in der Diagnostik, der personalisierten Medizin und der Versicherungspreisgestaltung zu lösen.

In den Biowissenschaften könnte Quantencomputing die Entdeckung neuer Medikamente und Proteinstrukturen voranbringen.

Die zentrale Rolle der dreidimensionalen (3D) Proteinstruktur bei der Arzneimittelentdeckung wird seit vielen Jahren erforscht. Die Vorhersage der 3D-Struktur aus einer primären Aminosäuresequenz ist bekannt als das Proteinfaltungsproblem. IBM-Forscher haben demonstriert, wie Quantencomputing zur Lösung dieses Problems eingesetzt werden kann.

Die Cleveland Clinic kooperiert mit IBM mit dem Ziel, das Tempo der Entdeckungen in Gesundheitswesen und Biowissenschaften durch den Einsatz von High-Performance-Computing in der Hybrid Cloud, künstlicher Intelligenz (KI) und Quantencomputingtechnologien grundlegend zu beschleunigen. Mehr dazu unter: „Cleveland Clinic and IBM Unveil Landmark 10-Year Partnership to Accelerate Discovery in Healthcare and Life Sciences."

Amgen hat in Partnerschaft mit IBM Quantum quantenmaschinelles Lernen für die Bevölkerungsgesundheitsmodellierung auf Basis elektronischer Gesundheitsakten erkundet. Mehr dazu unter: „Quantum Kernels for Real-World Predictions Based on Electronic Health Records."

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Diskrete industrielle Fertigung​

Die Fertigung könnte zu einem frühen Nutznießer des Quantencomputings werden. Anwendungsfälle in Chemie und Materialien sowie Optimierungsanwendungen in der Produktionsplanung, Fertigung, Logistik und Lieferkette sowie maschinelles Lernen für die Qualitätskontrolle sind potenzielle Bereiche, in denen Quantencomputing Auswirkungen haben könnte. Diese Grafik zeigt die Kategorisierung potenzieller Quantencomputing-Anwendungsfälle in der Fertigung.

Potential quantum computing use cases

Viele Unternehmen erkunden potenzielle Quantencomputing-Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Elektronikindustrie.

Quantenanwendungen in Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung umfassen die Optimierung von Flugrouten, numerische Strömungsmechanik und Materialentwicklung.

Die Automobilindustrie könnte potenziell in verschiedenen Bereichen von Quantencomputing profitieren, etwa bei der Entwicklung neuer Batteriedesigns, der Softwareverifizierung und -validierung, der Fabrikautomatisierung, der Qualitätskontrolle und der Fahrerassistenz. Daimler Mercedes-Benz nutzte Quantencomputing zur Optimierung der Transportlogistik und der Batteriechemie von Fahrzeugen. Ben Boeser, Innovationsdirektor der nordamerikanischen F&E-Einheit des Unternehmens, sagt, dass die Entwicklung und Verbesserung energiedichterer Batterietechnologien eine „Milliarden-Dollar-Chance erschließen" könnte. Die Simulation aller molekularen Eigenschaften und Verhaltensweisen übersteigt die aktuelle Rechenleistung selbst heutiger Supercomputer. Quantencomputing bietet einen möglichen Weg zur Beschleunigung des Simulationsprozesses. Boeser weist darauf hin, dass „der mehrjährige Prozess des Testens und Validierens neuer Batterietechnologie zu verpassten Marktchancen führen kann, wenn diese Arbeit verzögert wird", weshalb Daimler Mercedes-Benz mit IBM Quantum zusammenarbeitete, um die Möglichkeiten des Quantencomputings für die Batterieforschung zu nutzen.

In der Elektronikindustrie könnte Quantencomputing den Fertigungsdurchsatz durch komplexe, dynamische Fabrikplanung verbessern; die Produktleistung wie Chip-Performance, Leistungsaufnahme und Fläche optimieren; und sogar die Kommerzialisierung fortschrittlicher Materialien mit größeren und genaueren Molekularsimulationen beschleunigen. JSR kooperiert mit IBM Quantum, um zu erforschen, wie Quantencomputing die Halbleiterchip-Forschung vorantreiben kann, insbesondere bei der Entwicklung und Herstellung von Fotolacken.

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  • Lies den Bericht des IBM Institute for Business Value darüber, wie Quantencomputing der Elektronikindustrie bei der Materialentwicklung, dem Produktdesign und einer intelligenteren Fertigung helfen könnte: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Electronics."
  • Daimler-Benz untersucht, wie Quantencomputing die Entwicklung neuer Materialien für Batterien vorantreiben, Fertigungstechniken verbessern und die Produkterfahrung optimieren kann.

Industrielle Prozessfertigung​

„Wir wissen in unseren Knochen, dass es riesige globale Herausforderungen gibt, die wir in absehbarer Zukunft angehen werden. Wenn Quantencomputing skaliert und wirklich disruptiv wird, werden wir bereit sein", sagt Dr. Vijay Swarup, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung bei ExxonMobil. Gemeinsam haben ExxonMobil und IBM kürzlich Fortschritte bei der Nutzung von Quantencomputern zur genauen Berechnung thermodynamischer Observablen demonstriert und dabei gezeigt, wie Quantencomputing das Werkzeug der nächsten Generation für Chemiker und Chemieingenieure sein kann, die fortschrittliche Energielösungen entwickeln. Die Anwendungsfälle für ExxonMobil hören dort nicht auf – sie streben danach, komplexe Energieherausforderungen zu lösen. Erfahre, wie ExxonMobil Quantencomputer einsetzt, um sauberere Kraftstoffe zu verschiffen.

IBM arbeitet mit Mitsubishi Chemical, einem IBM Quantum Network Partner über den IBM Quantum Keio Hub, an einer Reihe potenzieller Quantenanwendungen. Ihre Veröffentlichung aus dem Jahr 2019, „Computational Investigations of the Lithium Superoxide Dimer Rearrangement on Noisy Quantum Devices", könnte grundlegend für die zukünftige Batterieentwicklung sein. Ein Artikel in EE Times, „Battery Research Advances Quantum Computing Capabilities," bietet weitere Informationen zu dieser Forschung, der kurz darauf zwei weitere Forschungsartikel folgten – einer über „Applications of Quantum Computing for Investigations of Electronic Transitions in Phenylsulfonyl-Carbazole TADF Emitters" und einer über „Quantum-Classical Computational Molecular Design of Deuterated High-Efficiency OLED Emitters." Ihr Ziel ist es, die tiefen Molekularstrukturen potenzieller neuer OLED-Materialien zu modellieren und zu analysieren.

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Sieh dir diese Ressourcen an, um mehr darüber zu erfahren, wie IBM Quantum-Computer diese Branchen beeinflussen.

Versorgungsunternehmen​

„Versorgungsunternehmen spielen eine entscheidende Rolle dabei, Branchen, Unternehmen und Verbraucher beim Erreichen von Netto-Null-Zielen zu unterstützen", sagt Gregor Pillen, General Manager IBM DACH. „Um das zu verwirklichen, sind jedoch ausgefeilte Technologien notwendig, die Versorgungsunternehmen helfen, das Netz besser vorherzusagen und zu optimieren, um die Nachfrage zu decken und den Einsatz sauberer, erneuerbarer Energien zu steigern. Quantencomputing bietet die Rechenkapazitäten, um Versorgungsunternehmen bei der Navigation in dieser neuen, nachhaltigeren Zukunft zu helfen."

Im Rahmen seiner Dekarbonisierungsbemühungen hat E.ON mit IBM eine Partnerschaft geschlossen, um das Potenzial des Quantencomputings zur Optimierung der zunehmend dezentralisierten Energieinfrastruktur der Welt zu erkunden. „Du steckst dein Elektroauto zum Laden ein und hast vielleicht ein Solarpanel, das dein Haus und dein Auto mit Strom versorgt. Aber kannst du diese überschüssige Energie an deine Nachbarn weiterverkaufen? Warum musst du Energie aus Tausenden von Kilometern Entfernung beziehen, die in einem gasbefeuerten Kraftwerk erzeugt wurde?", fragt Corey O'Meara, Quantencomputing-Leiter der E.ON Digital Technology (siehe „IBM Panel Highlights Quantum Role in Sustainability"). Quantencomputing-Algorithmen könnten der Schlüssel zur Bewältigung der Komplexität sein, die entsteht, wenn zusätzliche Assets an das Netz angeschlossen werden.

Das Potenzial des Quantencomputings zur Entdeckung neuer Materialien, die die Erzeugung, Übertragung und Speicherung von Energie verbessern, ist ein Grund, warum bp mit IBM Quantum kooperiert, um seine Netto-Null-Ziele zu erreichen.

Woodside Energy, ein IBM-Partner, experimentiert mit neuen Algorithmen, um den Overhead von Datenübertragungen zwischen klassischen und Quantensystemen zu reduzieren, sodass es möglich wird, Quantenkerne auf Streaming-Daten anzuwenden.

In der Telekommunikationsbranche zeigt Quantencomputing Potenzial für Lösungen bei der Netzverkehrsweiterleitung und Lastverteilung, dem THG-/Energieverbrauch und der kontextbezogenen Kundensegmentierung. Vodafone kooperiert mit IBM Quantum, um potenzielle Quantenanwendungsfälle in der Telekommunikation zu validieren und voranzutreiben.

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Wichtige Erkenntnisse​

Von Quantencomputing werden starke Auswirkungen in den Bereichen Chemie und Erdöl, Distribution und Logistik, Finanzdienstleistungen, Gesundheitswesen und Biowissenschaften sowie Fertigung erwartet.

Beispielhafte Anwendungen für Quantencomputing sind:

  • Simulation von Quantendynamik zur Beschleunigung der Materialentdeckung
  • Management von Risiken und Chancen in Finanzportfolios
  • Entdeckung neuer Medikamente und Proteinstrukturen
  • Optimierung dezentralisierter Energiesysteme

Quantencomputing kann dabei helfen, Anwendungen zu lösen, die Folgendes beinhalten:

  • Simulation der Natur
  • Künstliche Intelligenz
  • Optimierung

Unternehmensführer sollten sich jetzt auf diese neue Technologie vorbereiten, indem sie ihre Readiness evaluieren. Dies kann durch die Identifizierung eines Quantum-Computing-Verantwortlichen, die Bewertung, welche Geschäftsbereiche von Quantencomputing betroffen sein könnten, die Entwicklung der richtigen Kompetenzen und das Experimentieren mit einem echten Quantencomputer geschehen. Fahre mit dem nächsten Modul fort, um mehr über IBM Quantencomputing-Ressourcen zu erfahren und wie deine Organisation Quantum-ready werden kann.