Quantentechnologie in Automotive und Mobilität

Eine häufig gestellte Frage, angesichts des Hypes um Quantencomputer und Quanten-Technologie. Doch wo ansetzen? Irrtümlicherweise suchen Anwender zuerst in der IT-Abteilung oder dem unternehmenseigenen Rechenzentrum nach dem Nutzen. Doch wenn nicht dort, wo dann?

Benefit des Quantumcomputing: Routen- und Prozessoptimierung

Tatsächlich erschließt sich ein Benefit über die Fachabteilungen. Paradebeispiel dafür ist der Aspekt „Optimierungspotenzial“. Am Beispiel des Handlungsreisenden, der z. B. unter den Randbedingungen, verschiedene Orte nur einmal befahren zu dürfen und dabei den insgesamt kürzesten Weg nehmen muss, zeigt sich, dass bereits ab 5 zu besuchenden Kunden das Problem exponentiell auf 120 mögliche Routen anwächst. Erweitert man das Modell auf 32 Städte, müssen 2,6*10³⁵ mögliche Routen berücksichtigt werden. Auf klassischen Rechnern können derart komplexe Aufgabenstellungen in annehmbarer Zeit nicht gelöst werden. Unter Realbedingungen erhöhen zusätzliche Parameter (Verkehrsstau, Baustellen, vorgegebene Besuchszeiten, Reihenfolge, Fahrtdauer) die Komplexität aber noch weiter. Abstrahiert man diese Fragestellung, so landet man bei der mathematischen Formulierung der kombinatorischen Optimierung. Über passende Algorithmen lassen sich solche Aufgaben der Optimierung über sogenannte Annealer (Quantum oder Digital) bereits heute mit beträchtlichem Zeitvorteil rechnen.

Quantenalgorithmus: eine Problemklasse – viele industrielle Anwendungen

An- und Abflugzeiten von Flugzeugen mit definierten Gate-Zuweisungen oder Zwischenstopps, Verkehrsflüsse in staugeplagten Metropolen, Flottenmanagement bei „car sharing on demand“-Anbietern, Logistik, Roboterstraßen, Fertigungsschritte in der Automobilindustrie (Wege und Positionen von Roboterarmen), das Schneiden möglichst vieler ungleichförmiger Strukturen aus einer definierten Fläche Material. Mit steigender Komplexität betrachtet man das Einbetten eines optimierten Prozesses in ein Fertigungslinie, das Optimieren von mehreren Fertigungslinien gegeneinander und schließlich die Optimierung eines ganzen Werkes oder mehrerer Werke.

Mittelfristig: Quantenvorteil für die Industrie

Das sind Fragestellungen, die bereits in der Umsetzung sind. Heute noch mit überschaubarer Komplexität und als Lernstück - in Zukunft verspricht die steigende Qubit-Rechenleistung dann einen echten Quantenvorteil für hochkomplexe Lösungsräume. Über das Herunterbrechen von Komplexität lassen sich aber auch Geschäftsmodelle und use cases generieren, da z.B. das Handling von Varianten gerechnet werden kann und bereits von ersten Pionieren in der Praxis auch angewandt wird. Neben der Optimierung von Vorgängen bestehen in Zukunft noch aussichtsreiche Möglichkeiten für die Materialentwicklung, der Simulation von chemischen Moleküleigenschaften, Sensorik, Kommunikation u.v.a.m.

Dr. Andreas Böhm - Leiter des Thinknet Quantentechnologie bei Bayern Innovativ – spricht mit Dr. Florian Neukart - Director, Volkswagen Group Data:Lab München - über das Potenzial von Quantencomputern in der Automobilindustrie.

Gerade erleben wir den Anfang eines neuen Zeitalters – die Weichenstellung für das Übermorgen. Allgemein gilt: Nur wer heute schon Gehversuche unternimmt, kann morgen mit der internationalen Konkurrenz mitlaufen.