Ob bei der Erforschung fundamentale Naturgesetze oder bei der Optimierung realer Logistikprozesse: Quantencomputer zeigen ein breites Anwendungsspektrum. Die Kombination aus theoretischer Tiefe und praktischer Relevanz lässt erahnen, wie sehr diese Technologie das Verständnis von Wissenschaft und Wirtschaft in Zukunft verändern könnte.

Simulation fundamentaler Naturgesetze 

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Technischen Universität München (TUM), der Princeton University und von Google Quantum AI hat demonstriert, dass Quantencomputer in der Lage sind, fundamentale physikalische Prozesse direkt zu simulieren. Dabei wurden sogenannte Eichtheorien untersucht, die das Verhalten der elementaren Kräfte im Universum beschreiben – etwa wie Teilchen miteinander wechselwirken oder wie sich die Struktur von Raum und Zeit erklären lässt. Klassische Supercomputer stoßen bei der Simulation solcher Theorien an ihre Grenzen.

Mit einem supraleitenden Quantenprozessor von Google konnte das Team nun zeigen, wie sich "Strings" – hypothetische Bindeglieder zwischen Teilchen – unter verschiedenen Bedingungen verhalten. Die simulierten Dynamiken lassen Rückschlüsse auf Phänomene der Teilchenphysik zu. Damit zeigt sich, dass Quantencomputer als Labor für theoretische Physik dienen können, in dem Hypothesen experimentell überprüfbar werden. Dies ist nicht nur ein Fortschritt für die Grundlagenforschung, sondern auch ein Beleg für die zunehmende Reife von Quantenprozessoren im wissenschaftlichen Einsatz.

Effizientere Schleusensteuerung

Während die Grundlagenforschung den Blick auf das Universum richtet, zeigen Quantencomputer auch im Alltag ihre ersten praktischen Wirkungen – etwa in der Logistik: Im Projekt "QCMobility | Maritimer Verkehr" der DLR Quantencomputing-Initiative (DLR QCI) wird untersucht, wie sich mithilfe von Quantenalgorithmen Schleusenvorgänge auf stark befahrenen Wasserstraßen optimieren lassen. BearingPoint koordiniert das Vorhaben gemeinsam mit Partnern wie dem Fraunhofer CML, Fraunhofer FOKUS und dem Hardwareanbieter planqc.

Ziel ist die Optimierung des Verkehrsflusses auf dem Wesel-Datteln-Kanal, einer der meistgenutzten Binnenwasserstraßen Deutschlands. Hierbei werden reale Daten zu Schiffsbewegungen genutzt, um Schleusenvorgänge so zu planen, dass Wartezeiten reduziert und Transportkapazitäten effizienter genutzt werden können. Die Beteiligten entwickeln dafür quantenhardwareunabhängige Algorithmen, die künftig auf unterschiedlichsten Systemen einsatzfähig sein sollen.

Der maritime Anwendungsfall zeigt exemplarisch, wie sich theoretisch erwartete Vorteile des Quantencomputings – etwa in der schnellen Lösung von kombinatorisch komplexen Optimierungsproblemen – in konkrete Verbesserungen umsetzen lassen. Dabei geht es auch um die Schaffung technologischer Souveränität in einem sich rasch entwickelnden globalen Zukunftsfeld.