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Die quanteninspirierte Optimierung der Industrie

Die quanteninspirierte Optimierung der Industrie
Geschätzte Lesezeit: 3 Minuten

Wir Men­schen sind die gebo­re­nen Opti­mie­rer. Wir haben es von Anfang an getan: Von unse­rer Ent­schei­dung an, in Höh­len zu zie­hen und etwas auf Fel­dern anzu­bau­en bis hin zum heu­ti­gen glo­ba­len Han­dels­sys­tem, das die Welt am Lau­fen hält. Wie auch immer die Auf­ga­be aus­sah – bei jedem Schritt auf dem Weg gab es jeman­den, der gefragt hat: „Wie machen wir das so gut wie möglich?“

Auf unse­rem Weg zur Indus­trie 4.0 haben wir eine unglaub­lich kom­ple­xe Zivi­li­sa­ti­on geschaf­fen. Die Indus­trie ist ein Gewirr von Sys­te­men, die auf ande­ren Sys­te­men auf­bau­en. Sie sind mit­ein­an­der ver­bun­den und von­ein­an­der abhän­gig. Doch egal, ob es um die bes­te Rei­hen­fol­ge von Kom­po­nen­ten in einer Pro­duk­ti­ons­li­nie geht oder um die effi­zi­en­tes­ten Rou­ten für Lie­fer­wa­gen-Flot­ten: wir ste­hen vor vie­len kom­ple­xen Rät­seln. Für vie­le Unter­neh­men ist es zu zeit­auf­wen­dig und zu teu­er, die­se kom­bi­na­to­ri­schen Opti­mie­rungs­pro­ble­me mit einer rea­lis­ti­schen Genau­ig­keit zu kal­ku­lie­ren – zumin­dest mit tra­di­tio­nel­ler Com­pu­ter­tech­no­lo­gie. Die Lösung: Quan­ten­in­spi­rier­te Ansät­ze, die Unter­neh­men die Mög­lich­keit geben, neue Geschäfts­fel­der zu opti­mie­ren und ihre Leis­tung deut­lich zu steigern.

Exponentielle Komplexität

Fritz Schin­kel, Fuji­tsu Dis­tin­guis­hed Engi­neer, mach­te beim Fuji­tsu Forum in Mün­chen die Her­aus­for­de­run­gen kom­bi­na­to­ri­scher Pro­ble­me anhand eines ein­fa­chen Bei­spiels deutlich:

Ange­nom­men, wir haben ein Puz­zle mit 15 Tei­len. Wenn uns alle Men­schen auf der Erde bei der Lösung die­ses Puz­zle hel­fen könn­ten, hät­ten wir jede mög­li­che Kom­bi­na­ti­on in etwa drei Minu­ten aus­pro­biert. Wenn sich die Anzahl der Tei­le jedoch auf 20 erhöht, wür­de die­ses Puz­zle – selbst bei der glei­chen Anzahl an Hel­fern – 10 Jah­re dauern.

Die­ses expo­nen­ti­el­le Wachs­tum ist für unse­re der­zei­ti­gen Metho­den ein Pro­blem. Mit einer höhe­ren Zahl an Varia­blen wer­den die Ergeb­nis­se unge­nau­er, die Berech­nung dau­ert län­ger und kos­tet mehr Geld. Zudem haben sich bei Pro­ble­men in der Indus­trie bereits vie­le Varia­blen geän­dert, bevor das Ergeb­nis fer­tig berech­net ist.

Die Quantenspannung

Die Lösung liegt in der Phy­sik. In den letz­ten Mona­ten und Jah­ren gab es gro­ße Fort­schrit­te im Bereich des Quan­ten­com­pu­tings. So hat Goog­le erst vor weni­gen Wochen ver­kün­det, die „Quan­ten­sou­ve­rä­ni­tät” erreicht zu haben. Das Unter­neh­men räum­te aber auch ein, dass die Tech­no­lo­gie noch „ein Jahr­zehnt von der Pra­xis ent­fernt” sein könn­te. Ohne Fra­ge sind Quan­ten­com­pu­ter die Vor­bo­ten einer neu­en Genera­ti­on von Fähig­kei­ten. Doch die meis­ten „ech­ten” Quan­ten­com­pu­ting-Ange­bo­te befin­den sich der­zeit an einem schwie­ri­gen Punkt. Sie sind bes­ser als je zuvor, aber noch lan­ge nicht in der Lage, der Indus­trie die benö­tig­te Funk­tio­na­li­tät zu bieten. 

Oli­ver Wick, Quan­tum Lead bei BMW, berich­te­te auf dem Fuji­tsu Forum 2019 in der Key­note von Dr. Joseph Reger davon, wie BMW sei­nen Pro­zess rund um PVC-Dich­tun­gen opti­miert hat. Das Unter­neh­men setzt für die Auf­ga­be, PVC-Schutz­kle­ber auf die Fahr­zeu­ge auf­zu­tra­gen, Robo­ter ein. Die­ser Pro­zess funk­tio­nier­te bis­her noch nicht opti­mal. In einem Pro­of-of-Con­cept (POC) wur­de daher unter­sucht, wie eine quan­ten­in­spi­rier­te Lösung mit zwei Robo­tern und einer Düse für 34 Näh­te aus­se­hen könn­te. Die­ses Sze­na­rio soll­te für 1024 mög­li­che Zuord­nun­gen der Näh­te zu den bei­den Robo­tern opti­miert wer­den. Der ers­te Ver­such mit einem Quan­tum Anne­aling Chip eines kana­di­schen Unter­neh­mens schlug jedoch fehl: Es war nicht mög­lich, das voll­stän­di­ge Pro­blem auf dem Chip umzu­set­zen. Ein wei­te­res Pro­of-of-Con­cept und im Anschluss ein grö­ße­res Pilot­pro­jekt mit dem Fuji­tsu Digi­tal Annea­ler brach­te dann den gewünsch­ten Erfolg. Der nächs­te Schritt ist es nun, ein Set­up mit drei Robo­tern, drei Düsen und 204 Näh­ten zu testen.

Von Quanten inspirierte Exzellenz

Ein wei­te­res Bei­spiel für eine quan­ten­in­spi­rier­te Inno­va­ti­on stell­te Her­mann D. Grün­feld, Lei­ter des Ver­kehrs­ma­nage­ment des Ham­bur­ger Hafens, in einer Brea­k­out Ses­si­on vor. Im Hafen wird jeden Tag eine Viel­zahl an Gütern bewegt. Die 12.000 LKW, die die­se trans­por­tie­ren, wer­den von 35 Ampeln gelenkt. Die­se Ampeln waren lan­ge Zeit ein Eng­pass für den Hafen. Die Opti­mie­rung der Ampel­schal­tun­gen stell­te sich als kom­bi­na­to­ri­sches Pro­blem her­aus, das zu kom­plex war, um es in Echt­zeit zu berech­nen. Doch auch hier konn­te durch den Digi­tal Annea­ler die Leis­tung deut­lich gestei­gert wer­den. „Das Pro­of-of-Princip­le war abso­lut über­zeu­gend”, erklär­te Grün­feld. „Und es über­traf alles, was wir zuvor ver­sucht hatten.”

Eine neue Ära der Optimierung

Unse­re Gesell­schaft, unse­re Markt­plät­ze, unse­re Infra­struk­tur, ja sogar unser Pri­vat­le­ben und unser Res­sour­cen­ver­brauch sind alles ande­re als opti­mal. Dar­an müs­sen wir arbei­ten. Natür­li­che Res­sour­cen sind in der Regel begrenzt. Künst­li­che wie unse­re Phan­ta­sie, Krea­ti­vi­tät oder der digi­ta­le Bereich jedoch nicht. Indem wir die­se unbe­grenz­ten Res­sour­cen bes­ser nut­zen, kön­nen wir die­je­ni­gen opti­mie­ren, die es nicht sind. Um nur eini­ge Bei­spie­le zu nen­nen: Wir haben den Digi­tal Annea­ler bereits ein­ge­setzt, um die Ent­wick­lung von Medi­ka­men­ten, Logis­tik und Pro­duk­ti­on zu opti­mie­ren. Aber es gibt noch so viel mehr, was wir tun kön­nen. Also: Legen Sie los und opti­mie­ren Sie!

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Sie möch­ten her­aus­fin­den, ob die quan­ten­in­spi­rier­te Opti­mie­rung Ihrem Unter­neh­men den dis­rup­ti­ven Leis­tungs­schub lie­fern kann, den es benö­tigt? Spre­chen Sie uns an!

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