Quantencomputing gilt als eine der revolutionärsten Technologien der modernen Ära. Durch die Nutzung der Prinzipien der Quantenmechanik verspricht es, Rechenprobleme zu lösen, die für klassische Computer praktisch unlösbar sind. In den letzten Jahren hat sich ein bedeutender Trend entwickelt: Quantencomputing in der Cloud. Diese Entwicklung ermöglicht es Unternehmen und Forschern, ohne eigene Quantenhardware von den Vorteilen dieser Technologie zu profitieren.

Quantencomputing basiert auf den Prinzipien der Quantenmechanik, insbesondere den Phänomenen der Superposition und Verschränkung.

1. Qubits: Im Gegensatz zu klassischen Bits, die entweder den Zustand 0 oder 1 annehmen können, können Qubits durch Superposition gleichzeitig in beiden Zuständen existieren. Dies ermöglicht es, eine Vielzahl von Berechnungen gleichzeitig durchzuführen.
2. Superposition: Die Superposition ist ein Kernkonzept des Quantencomputings und beschreibt die Fähigkeit eines Qubits, sich gleichzeitig in mehreren Zuständen zu befinden. Dies ermöglicht es Quantencomputern, komplexe Probleme viel schneller zu lösen als ihre klassischen Pendants.
3. Quantenverschränkung und Interferenz: Das Verständnis von Quantencomputern basiert auf zwei Schlüsselkonzepten: Superposition und Quantenverschränkung. Diese Prinzipien ermöglichen es Quantencomputern, Berechnungen auf eine Weise durchzuführen, die für klassische Computer unvorstellbar ist. Ein weiteres wichtiges Element ist die Quanteninterferenz, die hilft, die Wahrscheinlichkeiten von Qubit-Zuständen zu steuern und damit zum Ergebnis der Berechnung beizutragen. ^{[1] [2]}

Das Konzept des Quantencomputings in der Cloud ermöglicht es Nutzern, über das Internet auf Quantenressourcen zuzugreifen, ohne in teure und komplexe Quantenhardware investieren zu müssen. Mehrere führende Technologieunternehmen bieten bereits solche Dienste an:

1. IBM Quantum Platform: Die IBM Quantum Platform ist eine Cloud-basierte Plattform, die den Zugang zu IBMs Quantensystemen ermöglicht. Sie bietet eine Reihe von Anwendungen zur Unterstützung Ihrer Quantenforschungs- und Entwicklungsbedürfnisse. Ein wichtiger Bestandteil der IBM Quantum Platform ist Qiskit, das am häufigsten verwendete Quantensoftware-Toolkit. Es ermöglicht den Zugriff auf die größte Quantencomputerflotte der Welt durch Qiskit Runtime, einen Quantencomputerservice und ein Programmiermodell. Qiskit Runtime bietet eine enorme Leistungssteigerung für nicht-triviale Workloads, die in einigen Fällen zu einer 120-fachen Beschleunigung gegenüber früheren Methoden führt. ^[3]
2. Google Quantum AI: Google bietet über seine Cloud-Plattform Zugang zu Quantencomputern. Die Mission von Google Quantum AI besteht darin, einen groß angelegten Quantencomputer zu bauen, der komplexe, fehlerkorrigierte Berechnungen durchführen kann. Dieser Computer soll Lösungen für Probleme freischalten, die für klassische Computer unlösbar sind. ^[4] Ein wichtiger Bestandteil der Arbeit von Google Quantum AI ist die Erforschung potenzieller Anwendungen für Quantencomputer. Dazu gehören sauberere Düngemittel, effizientere Batterien, pharmazeutische Entdeckungen und vieles mehr. Sie arbeiten auch mit Industrie- und akademischen Partnern zusammen, um zukünftige Anwendungen für fehlerkorrigierte Quantencomputer zu entdecken. Darüber hinaus hat Google Quantum AI eine Roadmap mit sechs Meilensteinen entwickelt, die sie zur hochwertigen Quantencomputing-Hardware und -Software für bedeutende Anwendungen führen wird. Diese Meilensteine reichen von der Überwindung klassischer Computer bis hin zur Schaffung eines großen, fehlerkorrigierten Quantencomputers. ^[5]
3. Microsoft Azure Quantum: Microsoft verfolgt einen hybriden Ansatz, der sowohl Quantensimulatoren als auch reale Quantenhardware umfasst. Die Plattform bietet nicht nur die beste Entwicklungsumgebung für die gleichzeitige Erstellung von Quantenalgorithmen für mehrere Plattformen, sondern auch die Flexibilität, diese Algorithmen für bestimmte Systeme zu optimieren. Azure Quantum arbeitet mit Partnern wie 1QBit, Honeywell, IonQ und QCI zusammen, um das vielfältigste Angebot an Quantenlösungen, Software und Hardware in der Branche bereitzustellen. Die Programmiersprache Q#, welche speziell für das Quantencomputing entwickelt wurde, ermöglicht es den Entwicklern, Algorithmen für Quantencomputer zu schreiben. Die Sprache bietet eine vollständige Reihe von Funktionen, die speziell auf die Anforderungen des Quantencomputings zugeschnitten sind. ^[6]

Quantum Cloud Computing hat das Potenzial, eine Vielzahl von Anwendungen zu revolutionieren und bietet enorme Möglichkeiten für Effizienzsteigerungen in zahlreichen Bereichen. Mit ihrer enormen Rechenleistung sind Quantencomputer besonders gut für mathematische Optimierungsprobleme geeignet, die selbst „klassische“ Supercomputer nicht lösen können. ^[7] Mögliche Anwendungen reichen von der Optimierung von Lieferketten über die Portfolio-Optimierung von Finanzdienstleistungen bis hin zum Aufbau intelligenter Stromnetze. Quantenrechner bieten daher zukunftsweisende Potenziale für weitreichende Effizienzsteigerungen in zahlreichen Anwendungsbereichen von der Optimierung von Verkehrsflüssen oder Produktionsabläufen bis hin zu Modellrechnungen in der Klimaforschung. ^[8]

Die hybride Quantum Cloud bietet hier den entscheidenden Rahmen, um quantenbasierte Lösungen zu erarbeiten und für Unternehmen einen echten Mehrwert im Sinne von Effizienzsteigerung oder Kostenoptimierung zu generieren

Es ist wichtig zu beachten, dass sich diese Technologie noch in einer frühen Phase befindet und viele der Anwendungsfälle zu diesem frühen Zeitpunkt weitgehend experimentell und hypothetisch sind. Dennoch verspricht das Quantencomputing, Unternehmen bei der Lösung von Problemen zu helfen, die jenseits der Reichweite und Geschwindigkeit herkömmlicher Hochleistungsrechner liegen.^[9]

Trotz des großen Potenzials stehen dem Quantencomputing in der Cloud mehrere Herausforderungen gegenüber:

Herausforderungen:

1. Skalierbarkeit: Ein Quantencomputer, der viele der unlösbarsten Probleme der Welt lösen kann, erfordert mindestens 1 Million stabile Qubits. Heute verfügbare Quantenrechner bieten gerade einmal 100 bis 200 Qubits. ^[10]
2. Fehlertoleranz: Eine Maschine muss in der Lage sein, eine Quintillion (10^30) Operationen durchzuführen und darf dabei höchstens einen Fehler machen. Dies zeigt, wie wichtig die Fehlertoleranz ist.
3. Integration von Quantenmaschinen und klassischen Supercomputern: Die Leistungsfähigkeit der Cloud ist für den Betrieb einer fehlertoleranten und dennoch stabilen Quantenmaschine notwendig, weil es dafür eine enorme Rechenleistung braucht. ^[11]

Zukunftsaussichten:

1. Entwicklung von wirkungsvollen Anwendungen: Quantum Cloud Computing-Anwendungen sollen Quantenchemikern und anderen Wissenschaftlern dabei helfen, die Forschung schnell zu erweitern und zu beschleunigen.
2. Co-Innovation-Community: Gemeinsames Wissen ist gefragt, um die Versprechungen des Quantencomputings Realität werden zu lassen. Der Quantum Cloud-Dienst vereint erweiterte Tools und Funktionen, Qualifikationsmöglichkeiten und ein vielfältiges Portfolio heutiger Quantenhardwareanbieter.
3. Skalierter Quantencomputer: Es wird daran gearbeitet, Quanten im großen Stil bereitzustellen, durch die Entwicklung eines einzigartigen, stabilen Qubits und Bereitstellen eines fehlertoleranten Quantencomputers mit vollständigem Stapel in der Cloud. ^[12]

1. ↑ Andreas Sturm: Was macht einen Quantencomputer so mächtig? Teil 1: Qubits, Superposition und weitere Grundlagen. In: Frauenhofer IAO. Frauenhofer IAO, 1. Dezember 2021, abgerufen am 18. Juni 2024. 
2. ↑ Jeanette Miriam Lorenz: Quantencomputing. In: Frauenhofer IKS. Frauenhofer IKS, abgerufen am 18. Juni 2024. 
3. ↑ IBM: IBM Quantum Computing in Deutschland. In: IBM Quantum Computing in Deutschland. IBM, abgerufen am 18. Juni 2024. 
4. ↑ Google: Explore quantum applications. In: Explore quantum applications. Google, abgerufen am 18. Juni 2024 (englisch). 
5. ↑ Google: Explore Quantum AI. In: Explore Quantum AI. Google, abgerufen am 18. Juni 2024 (englisch). 
6. ↑ Microsoft: Was ist Azure Quantum? In: Microsoft Learn. Microsoft, 31. Mai 2024, abgerufen am 18. Juni 2024. 
7. ↑ Memik Inel: Die Ära der Quantencomputer hat begonnen. In: Quantum Computing Den Qubits gehört die Zukunft. PWC, abgerufen am 18. Juni 2024. 
8. ↑ Deutsches Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Quanten-Computing – Anwendungen fü r die Wirtschaft Plattformen, Werkzeuge und Methoden fü r die Erschließung und Integration von Anwendungen des Quanten-Computing. Hrsg.: Deutsches Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Berlin 26. April 2021. 
9. ↑ Peter Oslak: Quantentechnologie in der Industrie: ihr enormes Potenzial. In: Industrie Magazin. Industrie Magazin, 29. November 2023, abgerufen am 18. Juni 2024. 
10. ↑ Microsoft: Azure Quantum: Microsoft nutzt Leistungsfähigkeit der Cloud, um Quantum Computing in großem Maßstab zu ermöglichen. In: Microsoft News Center. Microsoft, 9. März 2023, abgerufen am 18. Juni 2024. 
11. ↑ Redaktion IT-Administrator: Quantum Computing – ein Fall für die Cloud. In: IT-Administrator. IT-Administrator, 17. Februar 2022, abgerufen am 18. Juni 2024. 
12. ↑ Hoa T. Nguyen, Prabhakar Krishnan, Dilip Krishnaswamy, Muhammad Usman, Rajkumar Buyya: Quantum Cloud Computing: A Review, Open Problems, and Future Directions. Cornell University, 17. April 2024.