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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!

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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