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QAR-Lab

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Kick-off Projektstart QCHALLenge

Kick-off Projektstart QCHALLenge

Das QAR-Lab der LMU München leitet das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Quantencomputing-Projekt QCHALLenge – die Unternehmen AQARIOS, BASF SE, BMW AG, SAP SE und Siemens AG werden Partner sein.

(01.12.2022/München) Am 01. Dezember trafen sich zum ersten Mal alle Projektpartner, um die gemeinsame Vision voranzubringen, einen Quantenvorteil im Bereich der Produktion und Logistik zu erreichen. Mit Hilfe des Projekts QCHALLenge sollen Optimierungsprobleme speziell in diesen Bereichen mittels bestehender Quantum Computing (QC) Hardware gelöst werden. Hierfür werden Algorithmen, Konzepte und Werkzeuge entwickelt, die der Wirtschaft branchenübergreifend und niederschwellig den Einsatz von QC ermöglichen. Dabei soll vor allem die automatisierte Integration von QC in bestehende Lösungen, die Entwicklung generischer Quanten-SDKs und der Ausbau von Knowhow in der Anwendung und Entwicklung von QC-Lösungen im Fokus stehen.

Die Projektpartner und ihre Rollen

Die Projektpartner setzen sich aus Technologieexperten, Softwareherstellern und der Anwenderindustrie zusammen, um ihr Know-how aus möglichst unterschiedlichen Perspektiven optimal zu ergänzen. Dabei übernimmt die LMU München als Konsortialführer die Leitung von QCHALLenge und bringt über das Quantum Applications and Research Laboratory (QAR-Lab) ihre langjährige Erfahrung im Gebiet der QC-Software ein. Seit dem Jahr 2016 wird im QAR-Lab bereits Forschung im Bereich Quantencomputing betrieben und an zahlreichen QC Industrie- und Förderprojekten gearbeitet. Daraus geht u.a. die Middleware UQO zum hardwareagnostischen Einsatz von QC hervor. Die AQARIOS, die 2021 als Spin-off der LMU München gegründet wurde, fokussiert sich als Software-und Technologiepartner insbesondere auf die Entwicklung und Implementierung von QC-Lösungen. Die Unternehmen BASF, BMW, SAP und Siemens vertreten im Konsortium die Anwenderseite, die QC in ihren jeweiligen Geschäftsfeldern vorantreiben und bereits durch zahlreiche Projekte im Bereich QC ihr Know-How aufbauen konnten. Da QCHALLenge speziell die Domänen Produktion und Logistik widmet, ergeben sich daraus u.a. Use Cases zur Optimierung von Lieferketten und Warenlagern und der Einsatz von QC in der Automatisierung.

Ziele von QCHALLenge:

Im Zentrum von QCHALLenge steht die Integration von QC in bestehende Software-Workflows. Insbesondere zielt das Projekt auch auf die Optimierung von Methoden im Machine Learning und der Simulation ab. Dabei hat sich das Konsortium folgende Punkte als Ziel gesetzt, die sie am Ende von QCHALLenge anstreben:

  • Die Erarbeitung generischer Entwicklungswerkzeuge und –umgebungen
  • Die Schaffung nutzerfreundlicher, ingenieurstechnischer Anwendungen wie z. B. Optimierungen für spezifische Anwendungsfälle
  • Die Entwicklung von Software-Lösungen für die Integration von konventionellen Computern und QC-Systemen (hybride Quanten-Software
  • Die Gestaltung von Strategien und Methoden zur strukturierten Analyse von anwendungsseitigen Problemen hinsichtlich der zielgerichteten Anwendung und Entwicklung von QC-Lösungen
Umsetzung und Ausblick:

Um QCHALLenge zum Erfolg zu führen, stehen vier große Meilensteine im Vordergrund: Im ersten Schritt geht es darum, geeignete Use Case zu identifizieren und eine Anforderungsanalyse herauszuarbeiten. Dabei steht im Vordergrund, welche Use Cases sowohl praxisrelevant sind, als auch einen potentiellen Quantenvorteil mit sich bringen. Insbesondere wird dabei auch der Vergleich zu klassischen Baselines angestellt und eine Vorhersage über das Eintreffen eines Quantenvorteils aufgestellt. Im zweiten Schritt werden Grobarchitekturen entwickelt und fertiggestellt, um verschiedene Software-Tools in bestehende Softwarelösungen zu integrieren. Der Fokus liegt hierbei auf der Schnittstellendefinition zu bestehenden Softwarelösungen. Als dritter Meilenstein sollen bereits erste prototypische Softwaretools und hybride Use-Case-Algorithmen zur Anwendung kommen, die am Ende zu einem finalen, ausgereiften Softwaretool weiterentwickelt werden. Konkret sollen die Software-Tools und Algorithmen so aufbereitet werden, dass sie nach der Projektlaufzeit operativ eingesetzt werden können und vor allem KMUs zugänglich gemacht werden.

Quantum Computing ist die nächste Technologie, die das Potential zu disruptiven Innovationen verspricht. Sie bietet bahnbrechende Möglichkeiten zur Lösung von Problemen, die auf klassischen Computern in der Praxis nicht lösbar sind. Es ist kaum vorhersehbar, welche Möglichkeiten das Quantencomputing und die Quantentechnologie im Allgemeinen für die Menschheit in der Zukunft bereithält. Es gibt zahlreiche Anwendungsfelder, in denen sie zum Einsatz kommen könnten. Mit QCHALLenge beginnt ein spannendes Projekt im Bereich des Quantencomputings, auf das sich alle Projektpartner sehr freuen. Wir dürfen gespannt sein, wohin diese gemeinsame Reise gehen wird.


5. QC Praktikum Kickoff mit BASF, BMW and Siemens

5. QC Praktikum Kick-off mit BASF, BMW and Siemens

Kick-off Event mit BASF, BMW und Siemens: 16 Studenten der LMU implementieren Use-Cases auf vier Quantencomputern: IBM Q System Two, Rigetti Aspen-M-2, Fujitsu DAU und D-Wave Advantage im der QC-Optimierungs Challenge.

Das Praktikum soll die Fähigkeit vermitteln, Optimierungsprobleme für Quantencomputer zu modellieren, sowie eine Einführung in die praktische Arbeit mit bestehenden Quantencomputern geben. Im QAR-Lab stehen dafür derzeit vier Rechner zur Verfügung: IBM Q System Two, Rigetti Aspen-M-2, Fujitsu DAU und der D-Wave Advantage.
In Zusammenarbeit mit unseren Industriepartnern BASF, der BMW Group und Siemens werden in diesem Semester von unseren Studenten konkrete Anwendungen mit hoher Relevanz für die Wirtschaft auf echten Quantencomputern berechnet. Anhand der drei Anwendungsfälle (1) Financial Forecasting (BASF), (2) Drive Train Optimization (BMW) und (3) Train Routing (Siemens) werden die Studenten drei Hauptanwendungen des Quantencomputings erkunden: Maschinelles Lernen, Simulation und Optimierung.

Wir freuen uns, dieses Praktikum bereits zum 5. Mal zu ermöglichen und sind gespannt auf die Ergebnisse am Ende dieses Semesters.

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13.-14.09.2023: DIGICON 2023 „Die digitale Stadt der Zukunft“

Digitale Welt Convention – DIGICON 2023

Die digitale Stadt der Zukunft
Neue Möglichkeiten für Ihr Geschäftsmodell

„Die digitale Stadt der Zukunft – Neue Möglichkeiten für Ihr Geschäftsmodell“ – So lautet der Titel der diesjährigen DIGICON, die am 13. und 14. September 2023 in der Gaszählerwerkstadt in München stattfindet.

In der Zukunft werden Städte noch digitaler und vernetzter sein. Aber werden solche Städte der Zukunft dank moderner Technologien und Innovationen immer effizienter und nachhaltiger oder verbergen sich hier auch unbekannte Herausforderungen? Die diesjährige DIGICON 2023 thematisiert die zahlreichen neuen Möglichkeiten für Geschäftsmodelle – von der Entwicklung von Smart-City-Lösungen und Chancen für autonome Dienstleistungen, bis hin zur Vernetzung von Geräten, Sensoren und Daten und Entwicklung von umweltfreundlichen Ideen für eine Harmonie zwischen Stadt und Natur. Die digitale Stadt der Zukunft bringt zahlreiche Möglichkeiten für Unternehmen, um frühzeitig in neue digitale Ansätze zu investieren und von neuen Impulsen zu profitieren. 

Die DIGICON ist das Jahresevent des Digitale Stadt München e.V. und eine bedeutende Konferenz zu Digitalisierungsthemen in der Metropolregion München. Sie bringt seit 2016 renommierte Experten und Top-Entscheider aus Industrie, Politik und Forschung in München zusammen, um sich über digitale Zukunftschancen auszutauschen. In den letzten Jahren standen u.a. die Themen Quantencomputing, Künstliche Intelligenz, Machine Learning, Autonomes Fahren und Digitale Kompetenzen im Fokus. Die DIGICON soll Unternehmen die Möglichkeit bieten, sich über Digitalisierungsthemen auszutauschen und voneinander zu lernen.

Mehr Infos zur DIGICON

Prof. Dr. Linnhoff-Popien gewinnt den Lehrpreis „Beste Bachelorvorlesung“ für „Rechnerarchitektur“, die auch in Quantencomputing einführt

Prof. Linnhoff-Popien gewinnt Lehrpreis "Beste Bachelorvorlesung"
für "Rechnerarchitektur", die auch in Quantencomputing einführt


Einmal im Jahr evaluiert die Fachschaft Mathematik, Physik und Informatik der LMU unter den Studierenden, welche Dozierenden und welche TutorInnen sich in der Lehre besonders engagiert haben. Der „Goldene Sommerfeld“ für den Fachbereich Physik wird bereits seit 2017 verliehen. Im Jahr 2022 kommen der „Goldene Carathéodory für den Fachbereich Mathematik und der „Lehrpreis der Informatik“ hinzu. Ziel ist es, herausragende Lehrveranstaltungen und Tutorien zu ehren und sie als gutes Beispiel zu kennzeichnen.

Am Donnerstag, den 12.01.2023 wurde Frau Prof. Dr. Linnhoff-Popien der „Lehrpreis der Informatik 2022“ für die „Beste Bachelorvorlesung“ verliehen. Fast 10.000 Studierende der Gruppe Aktiver Fachschaften Physik, Mathematik und Informatik aus dem vergangenen Wintersemester 2021/2022 und Sommersemester 2022 haben abgestimmt und waren sich einig: Prof. Dr. Linnhoff-Popiens Vorlesung „Rechnerarchitektur” war besonders herausragend.

Was zeichnet eine gute Lehrveranstaltung aus? Hierzu wurde Prof. Dr. Linnhoff-Popien zu ihrer Lehre im Sommersemester 2022 direkt gefragt und sie berichtet wie folgt:
„Es war der April 2022, eine heftige Zeit bezüglich Corona, und da erwarteten wir 700 bis 800 Studierende aus 16 verschiedenen Studiengängen zur Rechnerarchitektur. Der gebuchte Hörsaal hatte 600 Plätze. Ich hatte damals sowohl Studierende kennengelernt, die sich nach Präsenzverstaltungen sehnten, als auch Studenten, bei denen Familienmitglieder zu Risikogruppen gehörten und die enge Kontakte dringend meiden sollten. Für diese Szenarien haben wir entsprechend ein flexibles Vorlesungskonzept erstellt, dabei waren mir folgende drei Aspekte wichtig:

WO? – Die Frage war, soll die Vorlesung im Hörsaal oder per Videoaufzeichnung stattfinden? Hier entschieden wir uns für ein hybrides Konzept. Einen Teil der Vorlesungen habe in Präsenz gehalten – jede Vorlesung zweimal identisch nacheinander in jeweils einem halbvollen Hörsaal, so dass jeder Studierende die Möglichkeit hatte, einen Platz mit ausreichend Abstand zu finden. Zusätzlich stellten wir alle Vorlesungsinhalte als Video-on-demand zum Abrufen von daheim bereit.

WAS? – Laut Lehrplan werden in der Rechnerarchitektur ausschließlich klassische Rechner und Rechenmethoden behandelt. Zusätzlich zu den klassischen Ansätzen, habe ich als wahlobligatorisches Modul eine Einführung in das Quantencomputing mit aufgenommen. Wer QC lernen wollte, konnte in der Klausur eine Aufgabe dazu lösen. Wer kein Interesse an QC hatte, hat alternativ Assembler als Klausuraufgabe programmiert. Beachtliche 96% der Studierenden haben sich additiv zum klassischen Stoff mit QC befasst.

WIE? – Ich habe großen Wert darauf gelegt die Vorlesung anschaulich und einfach verständlich zu halten. Anknüpfend daran hatte jeder Studierende die Möglichkeit den Vorlesungsstoff zunächst in Tutorien zu vertiefen, in welchen exemplarisch Übungsaufgaben vorgerechnet wurden. Danach konnten sie die gewonnen Kenntnisse unter Beweis stellen, indem sie wöchentliche Übungsblätter rechnen und abgeben um Bonuspunkte zu erhalten. Unser Team von 11 Übungsleitungen korrigierte im Schnitt 1.800 Übungsabgaben pro Woche. Hunderte von Klausuren wurden innerhalb von 48 Stunden nachdem sie geschrieben wurden korrigiert. Mein großer Dank gilt dem unglaublichen Team der drei Assistenten und Übungsleitungen, die mit ganz viel Engagement jeden Studierenden individuell betreut und jede aufkommende Frage einzeln beantwortet haben.“

In der Urkunde zum Preis wird die Vorlesung wie folgt gewürdigt:
„Beste Bachelorvorlesung – Rechnerarchitektur (Sommersemester 2022) – Prof. Linnhoff-Popien – Bei der Evaluation zeichnete sich die beste Bachelorveranstaltung durch ihre leidenschaftliche und sympathische Vermittlung komplexer Themen aus. Die Vorlesung wurde als gut strukturiert und übersichtlich gelobt. Manche Studierende bezeichneten die Vorlesung als die beste ihres Lebens.

Link:
https://gaf.fs.lmu.de/lehrpreise/lehrpreisinfo

Die Freude der Preisträger am vergangenen Donnerstag war sehr groß und die Stimmung ausgelassen. Wir können gespannt sein, welche Vorlesungen im nächsten Jahr von der Fachschaft Mathematik, Physik und Informatik der LMU nominiert werden.


16.11.2022: DIGICON 2022 „Künstliche Intelligenz in Wirtschaft und Gesellschaft: Wie erreichen wir Fairness, Trust & Data Excellence?“

Digitale Welt Convention – DIGICON 2022

Künstliche Intelligenz in Wirtschaft und Gesellschaft: Wie erreichen wir Fairness, Trust & Data Excellence?

Am 16. November fand die DIGICON zum 7. Mal infolge statt. Das große Digitalisierungsevent stand in diesem Jahr im Zeichen des Kernthemas

„Künstliche Intelligenz in Wirtschaft und Gesellschaft: Wie erreichen wir Fairness, Trust & Data Excellence?“.

 

Die DIGICON ist das Jahresevent des Digitale Stadt München e.V. und eine bedeutende Konferenz zu Digitalisierungsthemen in der Metropolregion München. Sie bringt seit sieben Jahren  renommierte Experten und Top-Entscheider aus Industrie, Politik und Forschung in München zusammen, um sich über digitale Zukunftschancen auszutauschen. In den letzten Jahren standen u.a. die Themen Quantencomputing, Machine Learning, Autonomes Fahren und Digitale Kompetenzen im Fokus. Die DIGICON soll Unternehmen die Möglichkeit bieten, sich über Digitalisierungsthemen auszutauschen und voneinander zu lernen.

Dieses Jahr fand die DIGICON wieder vor Ort in München statt. Namhafte Entscheider und Experten aus der Digitalisierungsbranche über Fairness, Trust und Data Excellence von künstlicher Intelligenz nahmen teil, über 20 Speaker erläuterten in ihren Vorträgen den Stand der Entwicklungen in ihren Unternehmen und Konzernen, sprachen über die neueste Forschungsergebnisse und diskutierten rege über Praxisbeispiele und Zukunftschancen.

Ausklang fand das Event bei einem abendlichen Networking, Essen und Musik in der Villa Flora. Die Gäste zeigten sich begeistert von der Möglichkeit, sich über wichtige Digitalisierungsthemen endlich wieder live austauschen und ihr Wissen oder Projekte vernetzen zu können.

https://digitaleweltmagazin.de/digicon/rueckblick/

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20.-21.09.2022: Netzwerktreffen mit 16 BMBF-Projekten erfolgreich von QuCUN veranstaltet

Statusseminar zum Thema Quantencomputing

QuCUN veranstaltet Netzwerktreffen mit BMBF-Projekten aus dem Bereichen Quantencomputing in München

Am 20. und 21. September 2022 kamen die führenden Köpfe des Quantencomputings in Deutschland zu einem von QuCUN initiierten Netzwerktreffen mit anderen Projekten aus Fördermaßnahmen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) in München zusammen.

Der Teilnehmerkreis waren Projektpartner aus den beiden Fördermaßnahmen „Anwendungsnetzwerk für das Quantencomputing“ und aus „Quanteninformatik: Algorithmen, Software, Anwendungen“ .

An beiden Tagen fanden Vorträge zum Thema Quantencomputing aus den verschiedenen Projekten statt.

Im Anschluss an die Vorträge stellen die über 50 Projektpartner in  Postersessions die 60 zugehörige Teilvorhaben vor. An den Postern gab es rege Gespräche über Inhalte und Fortschritte der jeweiligen Projekte.

Darüberhinaus gab es am ersten Veranstaltungstag einen Networking-Abend, um den eingeladenen Projektpartnern sowie Vertretern des Projektträgers VDI die Möglichkeit zur persönlichen Vernetzung zu geben. Bis in die späten Abendstunden tauschten sich die Industrievertreter, Forscher und Vertreter von VDI und des BMBF bei guter Stimmung über ihre Arbeiten und Ziele aus.

Einige Impressionen von der Veranstaltung:

Informationen zu QuCUN (Quantum Computing User Network) unter www.qucun.de.

Mehr Infos

Wie Deutschland in der Quantentechnologie aufholen will

Wie Deutschland in der Quantentechnologie aufholen will


„Wenn der Quantenvorteil erreicht ist, wird die Technologie den Markt disruptiv verändern“, kommentiert Claudia Linnhoff-Popien, Leiterin des QAR-Labs an der LMU München, in einem Interview. Nicht nur in der Materialforschung und Logistik, sondern auch in der Medizintechnik und beim Trainieren neuronaler Netze wären damit völlig neue Ansätze möglich
.

„Demnach muss sich die deutsche Wirtschaft auf das Zeitalter des Quantum Computings vorbereiten“ so Claudia Linnhoff Popien.
Dafür wurde das Projekt QuCUN begründet: Die Ludwig-Maximilians-Universität München entwickelt in Zusammenarbeit mit ihrer Ausgründung Aqarios sowie mit BASF und SAP eine Plattform, die zu einer zentralen Anlaufstelle für Firmen werden soll, die sich mit Quantencomputern beschäftigen.

Lesen Sie mehr über Quantentechnologie in Deutschland im Handelsblatt-Artikel:
www.handelsblatt.com/quantentechnolgie

Erfahren Sie mehr zum Projekt QuCUN unter: www.qucun.de


QuCUN hilft Unternehmen bei der Vorbereitung auf das Zeitalter des Quantencomputing

QuCUN hilft Unternehmen bei der Vorbereitung
auf das Zeitalter des Quantencomputing

(24.05. 2022)

München, 24. Mai 2022 – Quantencomputing verspricht Leistungssprünge in Industrie und Wirtschaft. Doch der Zugang zu dieser Schlüsseltechnologie der Zukunft ist für viele Unternehmen eine Herausforderung. Diese Hürde will das Quantum Computing User Network (QuCUN) überwinden: Das QAR-Lab der LMU München und dessen Spin-Off Aqarios entwickeln in Kooperation mit SAP eine Anwenderplattform, die von BASF erprobt wird. Unternehmen jeder Größe können danach diese Plattform nutzen und so schnell und einfach einen Einstieg in die Welt des Quantencomputing finden.

In wenigen Jahren wird es den sogenannten Quantenvorteil geben. Mit Quantencomputern können dann Aufgaben um mehrere Größenordnungen schneller als mit klassischen Rechnern gelöst werden. Der wichtigste Vorteil wird aber sein, dass erheblich komplexere Fragestellungen beantwortet werden können. Dann gilt es, diesen Innovationssprung von der Technik in einen wirtschaftlichen Wettbewerbsvorteil zu überführen. Hierzu sind verschiedene Hürden zu überwinden. Alles, was in den vergangenen Jahrzehnten für klassische Computer entstanden ist, wird für die Quantenwelt entwickelt werden müssen. Nach der Hardware braucht es ein Ökosystem für Entwickler und Anwender, um Lösungen schnell und einfach umsetzen zu können.

Das Quantum Computing User Network (kurz: QuCUN) soll dieses Ökosystem schaffen. Es soll ein Netzwerk für Anwender des Quantencomputing entstehen, das es Unternehmen jeder Größe erlaubt, erste Erfahrungen in diesem Bereich zu sammeln, ohne selbst umfassend in entsprechende Ressourcen zu investieren. Dafür haben sich das QAR-Lab der Ludwig-Maximilians-Universität München, Aqarios, SAP und BASF in einem Konsortium zusammengeschlossen.

Das Vorhaben war zuvor vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) öffentlich ausgeschrieben worden. Die vier Partner erhielten den Zuschlag. Mit der Unterzeichnung des Konsortialvertrags am 17. Mai 2022 fiel der Startschuss für dieses deutschlandweit einzigartige Verbundprojekt mit einem Volumen von 14 Millionen Euro für die ersten fünf Jahre.

Mehr unter: www.qucun.de


Quantencomputing in Bayern – Wege von der Forschung in die Anwendung

Quantencomputing in Bayern
Wege von der Forschung in die Anwendung

(April 2022) Welche Vorteile bietet das Quantencomputing? Wo stehen wir heute und welche Chancen und Herausforderungen ergeben sich dadurch? In welchen Bereichen der Wirtschaft oder der Industrie wird diese zukunftsweisende Technologie neue Perspektiven eröffnen?
Das Whitepaper „Quantencomputing in Bayern – Wege von der Forschung in die Anwendung“ gibt einen Überblick über den Status quo. Es will ein Bewusstsein für die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten von Quantencomputing wecken und potenzielle Quanten-User informieren, welche Chancen der Bereich Quantentechnologie für sie eröffnet – ob in mittelständischen Unternehmen oder Konzernen.

Die Vorteile des Quantencomputing

Quantencomputing wird heute noch vielfach als theoretisches, rein wissenschaftliches Konzept wahrgenommen. Das verwundert nicht, denn bereits der technische Hintergrund der Quantentechnologie ist für die meisten Menschen schwer vorstellbar: Anders als in der digitalen Welt, in der es für die klassischen Bits nur die beiden Zustände „0“ und „1“ gibt, können sich im Quantencomputing die beiden Zustände auch überlagern – Quanteneffekte wie Superposition und Verschränkung ermöglichen, mit Quantenbits (Qubits) eine erheblich höhere Menge an verschiedenen Lösungen in wesentlich kürzerer Zeit zu verarbeiten. Konkrete Ergebnisse zur „Quantenüberlegenheit“ gegenüber herkömmlichen Supercomputern lieferten u.a. Forscher von Google mit der Entwicklung des Quantenprozessors „Sycamore“ (53 Qubits). Laut Hersteller soll dieser in der Lage sein, Berechnungen, für die ein herkömmlicher Supercomputer etwa 10.000 Jahre brauchen würde, in 200 Sekunden durchzuführen.
Laut Potenzialanalyse der Management- und Technologieberatung Sopra Steria sehen jedoch gegenwärtig nur 34 Prozent von 158 befragten Führungskräften und Spezialisten aus Unternehmen Quantentechnologien für die eigene Branche als sehr oder eher relevant an, für die eigene Firma oder Verwaltung sind es lediglich 28 Prozent. 64 Prozent der Befragten rechnen aber damit, dass Quantentechnologien bis 2030 „spürbaren Einfluss“ auf ihr Unternehmen oder ihre Verwaltung gewinnen werden. Immerhin sehen 59 Prozent der befragten Entscheiderinnen und Entscheider aus dem Bankensektor „potenzielle Einsatzgebiete im Controlling und für die Optimierung von Finanzströmen.“ In Industrieunternehmen können sich 26 Prozent „Verbesserungen der Logistikprozesse“ vorstellen. Umfassende Quantenstrategien gibt es heute noch in den wenigsten Unternehmen – hierfür mangelt es wohl oft auch einfach noch am erforderlichen Hintergrundwissen und einem Bewusstsein für die revolutionären Potenziale der Quantentechnologien.

Das vollständige Whitepaper finden Sie untenstehend kostenlos zum Download:

Whitepaper-Quantencomputing-Wege-von-der-Foschung-in-die-Anwendung


Zukunftspotenziale von Quantencomputing für Industrie und Wirtschaft – Was wird Quantencomputing wann möglich machen?

Zukunftspotenziale von Quantencomputing für Industrie und Wirtschaft
Was wird Quantencomputing wann möglich machen?

Wieder ein Tag voller Termine. Und natürlich wollen Sie pünktlich sein. Doch der Berufsverkehr lässt den Morgen wie immer mit einer Zerreißprobe für die Nerven beginnen: Nach dem Prinzip „Stop and Go“ quälen Sie sich mit Ihrem Fahrzeug von Ampel zu Ampel. Vorbei an Baustellen, Spurverengungen und überlasteten Kreuzungen. Sie fragen sich, ob man den Verkehrsfluss durch die Stadt nicht geschickter regeln könnte – erkennen aber auch, dass Verkehrsplaner angesichts der Komplexität urbaner Straßennetze vor einer schier übermenschlichen Herausforderung stehen. Gibt es trotzdem eine Lösung? Ja, in naher Zukunft. Quantencomputing macht’s möglich …

Quantencomputing (QC) ist heute überall im Gespräch, wo es um besonders leistungsstarke Rechner geht – erst recht, seit der bayerische Ministerpräsident Markus Söder die Technologie als „Warp-Antrieb für die Forschung der Zukunft“ bezeichnet [1] und die Bayerische Staatsregierung in der Hightech Agenda Plus ein insgesamt 300 Millionen Euro schweres Förderprogramm für die QuantenTech Vision Bayern bereitgestellt hat [2]. Doch bis heute haben viele Menschen noch sehr diffuse Vorstellungen über die Funktionsweise und möglichen Anwendungsbereiche von Quanten-Computern – und das auch in Wirtschaft und Industrie, obwohl die neue Technologie unsere Welt mittelfristig ähnlich revolutionieren kann wie Konrad Zuses „Z1“ und der heute allgegenwärtige Personal Computer.

QAR-Lab: Systematischer Aufbau der Quanten-Kompetenz von der Forschung bis zur Anwender-Ebene

Wir als QAR-Lab haben es uns zum Ziel gesetzt, das Potenzial von Quantencomputing zu erforschen, die existierende Hardware zu testen und das Quantencomputing in die Anwendung zu bringen. Wirtschaft und Industrie sollen einen möglichst einfachen Zugang zu der neuen Technologie erhalten. 
Das QAR-Lab wurde im Jahr 2016 von Frau Prof. Dr. Claudia Linnhoff-Popien am Lehrstuhl für Mobile und Verteilte Systeme der LMU München ins Leben gerufen. „Unser Ziel ist“, sagt Prof. Dr. Linnhoff-Popien, „zum einen Grundlagenforschung zu betreiben und zum anderen die Quanten-Technologie für praxisnahe Anwendungen nutzbar zu machen.“ 

Unsere Mission im QAR-Labs besteht darin,

  • in Forschung und Lehre die Quanten-Experten der Zukunft heranzubilden
  • für unterschiedlichste Branchen mithilfe von Quantencomputing einen frühen Quanten-Vorteil in den Bereichen Optimierung und Künstliche Intelligenz zu erschließen
  • durch eine eigens entwickelte Middleware (UQO-Plattform) eine architekturunabhängige Programmierung von Quanten-Computern zu ermöglichen
  • unter der Bezeichnung CAQAO eine Lernplattform zur Vermittlung von Programmierkenntnissen für Quantencomputing einzurichten
  • Anwenderkompetenz für Quantencomputing aufzubauen, um die neue Technologie einem breiten Nutzerkreis in der Industrie zugänglich zu machen – etwa durch Workshops oder Vorträge und die Identifizierung möglicher Use Cases

Zur Evaluierung diverser QC-Systeme nutzen wir verschiedene Quanten-Computer und greifen über die Cloud auf die Rechner von IBM, Fujitsu, D-Wave Systems und Rigetti zu. Wir führen „Challenges“ mit praxisnahen Anwendungsszenarien durch, in denen unterschiedliche Hardware- und Programmierstrategien zur Lösung spezifischer Aufgaben erprobt werden.

QAR-Lab „Quantum Computing Optimization Challenge“

Im Frühjahr 2021 veranstaltete wir im QAR-Lab eine QC-Programmier-Challenge, in der auf jeweils vier Quanten-Computern fünf Use Cases der Unternehmen BASF, BMW, SAP, Siemens und Trumpf berechnet wurden, um herauszufinden, welcher Computer für welchen Anwendungsfall die besten Ergebnisse liefert. Im November 2021 folgte eine zweite Challenge mit den Unternehmen E.ON, Evonik Industries und BAYER.

Zum Einsatz kamen die folgenden Gate-Model- bzw. Annealing-basierten Rechner:

  • IBM Q System One
  • Rigetti Aspen-9
  • Fujitsu DAU
  • D-Wave Advantage

Die teilnehmenden Studierenden der LMU München mussten sich vor dem Beginn des Experiments erst aufwendig mit der Bedienung der Quanten-Computer vertraut machen. Dazu gehörte aufgrund der fehlenden Standardisierung auch die Einarbeitung in die verschiedenen Software Development Kits (SDKs) der einzelnen Rechner.

Quantencomputing auch für Nicht-Spezialisten nutzbar machen

Ziel der Challenge war u. a., in Zusammenhang mit den unterschiedlichen Use Cases Erkenntnisse zu Performanz, Rauschen und den Anwendererfahrungen beim Zugriff auf die Quanten-Computer zu erlangen. Dazu Prof. Dr. Linnhoff-Popien: „Deutschlandweit gibt es bislang keine weiteren vergleichbaren Versuchsanordnungen, in denen Studierende derart umfassend Erfahrung mit der Programmierung von Quanten-Computern sammeln können – da ist das QAR-Lab derzeit führend. Unser Ziel ist, Quantencomputing zugänglicher und auch für Nicht-Spezialisten umfänglich wirtschaftlich nutzbar zu machen, um Unternehmen und Institutionen einen frühen Quanten-Vorteil zu verschaffen.“

Die Herausforderung: Awareness für die Bandbreite möglicher Anwendungen wecken

„Bislang ist Quantencomputing eine Angelegenheit von Spezialisten, die mit hardware-naher Programmierung sehr tief in die Systeme eingreifen“, sagt Prof. Dr. Linnhoff-Popien. „Wir stehen heute mit Quantencomputing vor einer ähnlichen Situation wie vor etwa 50 Jahren mit dem Personal Computer. Und genauso wie der PC wird der Quanten-Computer in naher Zukunft auch für nicht spezialisierte Anwender bedienbar sein. Software-Entwickler suchen heute schon nach Wegen, das Arbeiten mit einem Quanten-Computer intuitiver zu gestalten. Jetzt gilt es vor allem, das Bewusstsein dafür zu wecken, wo der Quanten-Computer überall seine Vorteile ausspielen kann.“ 

Die fünf QC-Level des QAR-Lab: Wann werden Unternehmen einen Quanten-Vorteil erzielen können?

Unsere Wissenschaftler des QAR-Lab rechnen damit, dass Unternehmen in den kommenden fünf bis zehn Jahren ihre ersten wirtschaftlichen Quanten-Vorteile realisieren können. Um zu evaluieren, wo ein Unternehmen bereits steht, wird die jeweilige Firma mit ihren Use Cases nach dem QAR-Lab-Modell aus fünf QC-Levels eingestuft. Auf diese Weise ermittelt man schrittweise den Bedarf für spezifische Use Cases und den voraussichtlichen Zeitrahmen für die Erzielung des Quanten-Vorteils:

QC-Level 0 (Thinking)
Es besteht ein Bewusstsein darüber, dass Quantencomputing für bestimmte Prozesse Performance und Effizienz deutlich steigern könnte.

QC-Level 1 (Classification)
Es besteht ein Bewusstsein darüber, dass sich wirtschaftliche Vorteile mit QC in den Bereichen Optimierung, Simulation und Künstliche Intelligenz erzielen lassen.

QC-Level 2 (Discovery)
Das Unternehmen hat bereits eine Liste potenzieller Use Cases für QC gesammelt.

QC-Level 3 (Selection)
Nach den vier Kriterien des QAR-Lab (schwere, wichtige, passende und frühe Anwendungsfälle) werden die potenziellen Use Cases gewichtet und ein Favorit ermittelt.

QC-Level 4 (Implementation)
Der favorisierte Use Case wird auf mehreren unterschiedlichen Quanten-Computern umgesetzt. Die Resultate werden anschließend hinsichtlich Laufzeit und Qualität der Lösung miteinander verglichen.

QC-Level 5 (Prediction)
Nach der Auswertung des Vergleichs verschiedener QC-Systeme und der Ermittlung des Bedarfs an Qubits prognostizieren unsere QAR-Lab-Experten, wann die erforderliche Hardware verfügbar sein wird und sich ein früher Quanten-Vorteil erreichen lässt.

Wer kann von Quantum Computing profitieren?

Quantumcomputing wird künftig fast alle Wirtschafts- und Industriezweige sowie gesellschaftliche Bereiche durchdringen und wesentlich dazu beitragen, komplexeste Abläufe wie das eingangs aufgezeigte Szenario der urbanen Verkehrsplanung effizient zu lösen. Dabei ist es heute schon für viele Unternehmen und Institutionen möglich, sich für einen frühen Quanten-Vorteil in Stellung zu bringen – und das QAR Lab arbeitet hierbei an:

  • Identifizierung von Anwendungsfeldern und Use Cases
    In welchen Anwendungsbereichen lassen sich in einer spezifischen Branche mit Quanten-Technologie komplexe Aufgaben lösen und echte Wettbewerbsvorteile erzielen? 
  • Implementierung von Quantencomputing-Lösungen
    Wir erarbeiten gemeinsam mit dem Unternehmen oder der Institution auf Basis der Quanten-Technologie Lösungsansätze für spezifische Aufgabenstellungen. Dabei lernen die Partner Quanten-Algorithmen kennen und verstehen.
  • Wahl der passenden Quanten-Hardware
    Nicht jeder Quanten-Computer ist für eine spezifische Aufgabe gleich gut geeignet. Wir pflegen enge Partnerschaften zu namhaften Herstellern von Quanten-Hardware. Auf drei Quanten-Computern und einem quanten-inspirierten Annealer erproben wir die Performanz von Rechnerarchitekturen, um bestmögliche Ergebnisse für spezifische Anwendungsfälle zu erforschen. 

Konkrete Anwendungsfälle: In welchen Bereichen wird Quantencomputing künftig unsere Welt revolutionieren?

Quantencomputing ist für alle Anwendungen interessant, bei denen unsere heutigen Computer an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit stoßen. Wir  legen hier in der Forschung die Schwerpunkte derzeit auf die Bereiche

  • Optimierung
  • Quantenunterstützte Künstliche Intelligenz

Ein typischer Anwendungsfall, in dem sich Quantencomputing als äußerst leistungsstark erweist, sind Lösungen, die aufgrund der vielen zu berücksichtigenden Parameter einen enormen Rechenaufwand erfordern.  

Quanten-Pilotprojekt bei der Volkswagen AG
So startete die Volkswagen AG bereits 2019 in Lissabon das weltweit erste Quanten-Pilotprojekt zur Optimierung des Verkehrsflusses (Capacitated Vehicle Routing Problem): Neun Fahrzeuge der städtischen MAN-Busflotte wurden in ein QC-System eingebunden, das auf einem Quanten-Computer von D-Wave basiert. Das Ziel war, Staus und Störungen rechtzeitig zu erkennen und fast in Echtzeit die schnellste Route zum Ziel zu wählen [3]. In einem weiteren Projekt gelang es Volkswagen, mithilfe von Quantencomputing die Fahrzeiten von 10.000 Taxis im Verkehr der chinesischen Mega-Metropole Beijing deutlich zu verkürzen [4].Quantencomputing ist somit eine Anwendung, die nicht nur für die Verkehrsplaner von Großstädten, sondern auch für den Logistik-, Transport- und Reise-Sektor im Allgemeinen enorme Vorteile verspricht.

Quantencomputing im Automotive-Bereich bei der BMW Group
Auch die BMW Group erkundet die Möglichkeiten des Quantencomputing im Automotive-Bereich und richtete im Sommer 2021 unter Einbeziehung der globalen Quantencomputing Community eine Challenge mit vier Schwerpunkten aus [5]:

  • Optimierung von Sensor-Positionen für automatisierte Fahrfunktionen
  • Simulation von Material-Deformationen im Produktionsprozess
  • Optimierung der Konfiguration von Vorserien-Fahrzeugen
  • Maschinelles Lernen für automatisierte Qualitätsanalysen

Besonders interessant im Umfeld der industriellen Produktion: die Optimierung der Positionen und Wege von Roboterarmen entlang der Fertigungslinien sowie neue Möglichkeiten der automatisierten Qualitätskontrolle und der vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance).

Die weiteren Einsatzpotenziale von Quantencomputing reichen von bildgebenden Verfahren in der Medizintechnik über die chemische und pharmazeutische Industrie bis hin zu Datenschutzlösungen und Kryptografie oder Systemen zur hochpräzisen metrologischen Erfassung von elektrischen, magnetischen und Gravitations-Feldern, seismischen Schwingungen oder Geschwindigkeitsänderungen. Selbst Aktien-Portfolios lassen sich zur Gewinnmaximierung mithilfe von Quantum Computing optimieren.

Innovationen brauchen Partner: Politik hat Zukunftspotenzial der Quanten-Technologie erkannt

Wer Quantencomputing vorantreiben will, braucht starke Partner nicht nur in der Forschung und Wirtschaft, sondern auch treibende Kräfte in der Politik.

Im Januar 2021 verkündete die Bayerische Staatsregierung den Zusammenschluss der fünf großen Akteure der Münchener Quanten-Szene zur Initiative Munich Quantum Valley.  Dem Verbund gehören die Bayerische Akademie der Wissenschaften, die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft, die Ludwig-Maximilians-Universität München und die Technische Universität München an. Ziel ist, Bayerns führende Stellung im Bereich der Quantentechnologie-Forschung nicht nur gegenüber den anderen Bundesländern, sondern auch gegenüber internationalen Hightech-Nationen wie den USA und China auszubauen. 

In einem Fünf-Punkte-Zukunftsplan [6] strebt die Bayerische Staatsregierung zudem an, der Quanten-Technologie durch Förderung von Start-ups und branchenübergreifender Innovationen zusätzliche Impulse zu verleihen. 

Eine wesentliche Rolle spielt in diesem Zusammenhang die QuantenTech Vision Bayern, deren Rahmen von Bayerns Digitalministerin Judith Gerlach, Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger, sowie Vertreterinnen und Vertretern von Universitäten, Forschungseinrichtungen und der Wirtschaft festgelegt wurde: Es gilt, die umfangreichen Erkenntnisse aus der bayerischen Grundlagenforschung zur Quanten-Technologie direkt in industrielle Wertschöpfung umzusetzen. 

Das QAR-Lab und Bayern Innovativ: den technologischen Wandel mit Quantencomputing zügig umsetzen

Wir als QAR-Lab der LMU fokussieren uns auf die Grundlagenforschung, die Schulung von Anwenderkompetenzen und darauf, gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft konkrete Use Cases zu identifizieren. Auch unser Partner Bayern Innovativ will Quantencomputing als Zukunftstechnologie möglichst schnell mit konkreten Applikationen „auf die Straße bringen“. Dazu Dr. Andreas Böhm, Projektmanager Technologie und Leiter Quantentechnologie bei Bayern Innovativ: „Wir haben bei der Digitalisierung gesehen, dass viele Firmen wichtige Innovationen und Transformationsschritte auf die lange Bank schieben, bis eine Notsituation wie die Corona-Pandemie zum Handeln zwingt. Diesen Fehler sollten wir mit der Quanten-Technologie vermeiden und rechtzeitig aktiv werden. Denn andere Länder sind auf einem ähnlichen Forschungsstand wie wir in Bayern, gehen aber schon jetzt viel anwendungsorientierter an das Thema heran.“

Starten Sie mit Quantencomputing

Erfahren Sie mehr über unsere Kooperationen mit der Wirtschaft und über mögliche Anwendungsgebiete im Bereich Quantencomputing.

[1] https://www.stmwk.bayern.de/allgemein/meldung/6629/quantum-integration-centre-in-garching-soll-bayern-als-fuehrenden-standort-beim-quantencomputing-etablieren.html
[2] https://www.munich-startup.de/78011/quantentech-vision-bayern-vorgestellt/
[3] https://www.volkswagenag.com/de/news/2019/10/volkswagen-optimizes-traffic-flow-with-quantum-computers.html
[4] https://www.volkswagen-newsroom.com/de/pressemitteilungen/forschungsprojekt-erfolgreich-volkswagen-it-experten-nutzen-quantencomputer-fuer-verkehrsfluss-optimierung-1303
[5]https://www.press.bmwgroup.com/deutschland/article/detail/T0337884DE/quantencomputing:-bmw-group-startet-crowd-innovation-initiative-quantum-computing-challenge-in-zusammenarbeit-mit-aws?language=de
[6] https://www.bayern.de/bericht-aus-der-kabinettssitzung-vom-14-september-2020/


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QAR-Lab – Quantum Applications and Research Laboratory
Ludwig-Maximilians-Universität München
Oettingenstr. 67
80538 München
Telefon: +49 89 2180-9153
E-Mail: qar-lab@mobile.ifi.lmu.de

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