Wirtschaft experimentiert mit Quanten-Computing

Japans Regierung treibt den praktischen Einsatz der Quantentechnologie voran. Damit will sie den Hightech-Status Japans und die Innovationskraft des Landes stärken. Wettbewerber aus den USA und China investieren hohe Summen in die Zukunftstechnologie, die in vielen Bereichen schnelle Fortschritte unterstützen soll. Nicht zuletzt geht es um Fragen der wirtschaftlichen und nationalen Sicherheit.

Da Quantencomputer enorme Datenmengen verarbeiten, sollen sie die Entwicklung neuer Werkstoffe und pharmazeutischer Wirkstoffe beschleunigen. Sie können komplexere Probleme, für die hohe Rechenleistungen erforderlich sind, lösen helfen. Das gilt beispielsweise für die Bereiche Logistik oder medizinische Diagnosen. Gleichzeitig sollen sie die Kommunikation durch quantenkryptische Verfahren sicherer machen.

Japan sucht den Praxisbezug

Die Regierung hat dazu bereits 2020 eine Quantenstrategie formuliert. Was bislang jedoch eher Grundlagenforschung war, soll nun in anwendungsorientierte Lösungen münden. Um längerfristig die wirtschaftliche Innovations- und Produktionsfähigkeit in verschiedenen Branchen zu stärken, will die Regierung 2022 eine Rekalibrierung der Strategie vornehmen. Dabei setzt die Regierung auch auf die Förderung von Start-ups.

Einige Start-ups sind bereits aktiv. A*Quantum etwa bietet eine Software für komplexe Logistikanwendungen an. Sie zielt darauf ab, Fragen wie den Fahrermangel, optimierte Fahrrouten und weniger Energieverbrauch zu lösen. Das Start-up existiert seit 2018. QunaSys ist ein anderes japanisches Start-up, das neue Algorithmen für das Quanten-Computing entwickelt. Ziel ist, diese für die Entwicklung neuer Materialien, Chemikalien und Arzneimittel einzusetzen.

Bislang noch eher Quasi-Quantum

Noch sind die kommerziellen Einsatzmöglichkeiten von Quantencomputern wenig getestet, da die Hardware in Japan kaum vorhanden und die Rechnerzeit über den Cloudzugriff teuer ist. Auch sind die Software und die Algorithmen für den Quantenbereich umfangreicher als die herkömmliche Computertechnik. Daher arbeiten japanische Unternehmen an sogenannten Quanten-inspirierten Computern, die auf vorhandener Technologie quantenähnliche Mechanismen simulieren.

Auf diese Technologie hat beispielsweise der Hersteller von Halbleitermaterialien Showa Denko zurückgegriffen, um neue Hochleistungswerkstoffe zu entwickeln. Das Unternehmen meldete im Februar 2022, mit Hilfe eines Quanten-inspirierten Programms in deutlich reduzierter Zeit eine neue Formel für ein Halbleitermaterial gefunden zu haben. Dieses soll 30 Prozent leistungsfähiger sein als bislang genutzte Werkstoffe.

Unternehmen haben großes Interesse

Zukünftig wird die anwendungsorientierte Nutzung für Unternehmen einfacher. Für praktische Testzwecke ist 2021 im Kawasaki Business Incubation Center in Kawasaki City (Präfektur Kanagawa) ein Quantencomputer von IBM eingerichtet worden. Für die Finanzierung und Nutzung haben sich einige große japanische Unternehmen zusammengefunden.

Sie haben im Sommer 2021 die "Quantum Strategic industry Alliance for Revolution" (Q-STAR) gegründet. Diese soll neue Anwendungen auf Basis der Quantentechnologie entwickeln. Zu den Mitgliedern gehören namhafte Großunternehmen wie Toshiba, NTT, NEC, Fujitsu, Toyota Motor und Mitsubishi. Dieser Quantencluster ist vergleichbar mit dem deutschen Konsortium Qutac (Quantum Technology and Application Consortium), das 2021 entstanden ist.  

Quantencomputer sind in ihrer Rechenleistung nicht nur schneller als alle bislang vorhandenen Technologien, sondern funktionieren auch auf anderen Grundlagen, den Qubits. Insbesondere die Entwicklung solcher Geräte, die auf Photonen-Basis mit Lichtübertragung arbeiten, soll zukünftige Anwendungsmöglichkeiten revolutionieren.

Hardwareentwicklung macht Fortschritte

Um eine Superleitfähigkeit zu erreichen, brauchen die Rechner gegenwärtig sehr leistungsfähige Quantum-Chips und sie haben einen hohen Kühlaufwand. Sie sind dementsprechend teuer und nur wenige Hersteller, wie IBM und Honeywell, können die erforderliche Rechnerausrüstung liefern. Firmen, wie Toshiba und NEC, sollen eine Reihe von Patenten halten, die sich auf die Hardware von Quanten-Computing beziehen. Das berichtet die japanische Analytikfirma Valuenex laut "Nikkei Asia" vom 5. Juni 2021.

Es ist zu erwarten, dass die überarbeitete Quantenstrategie auch darauf abzielt, eine eigene Fertigungskapazität für solche leistungsfähigen Computer in Japan auszubauen. Um bei der Entwicklung der Technologie an vorderster Front zu bleiben, solle mehrere Standorte als Quantum-Hubs mit entsprechender Rechnerleistung ausgestattet werden. Das schreibt die "Yomiuri Shimbun" am 7. April 2022.

Grundlagenforschung leistet Vorarbeit

Bislang ist Japan vor allem in der Quantenforschung aktiv. Öffentliche Gelder fließen in Entwicklungseinrichtungen wie das Riken Research Institute und einige universitäre Einrichtungen. Es existieren eine Reihe von Programmen mit verschiedenen Schwerpunkten, wie etwa "COI-NEXT". Das Programm der Japan Science and Technology Agency unterstützt beispielsweise das Center for Quantum Information and Quantum Biology an der Universität Osaka mit Geldern. An dem Programm sind auch privatwirtschaftliche Unternehmen beteiligt.

Im nationalen Moonshot-Programm, das langfristige Forschungsvorhaben unterstützt, steht das Ziel, bis 2050 einen fehlertoleranten, universellen Quantencomputer zu verwirklichen. Zudem fördert die Regierung die Zusammenarbeit zwischen öffentlichen und privaten Forschungsaktivitäten, etwa durch das Public/Private R&D Investment Strategic Expansion PrograM (PRISM).