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Kommt jetzt der „Quantensprung“?

06.09.23

18 Milliarden Kilowattstunden Energie verbrauchten die Rechenzentren in Deutschland 2022. Das ist mehr als der Energieverbrauch von ganz Berlin. Und dabei stehen nur 3 % der weltweiten Server hier im Land. Damit scheint es klar: Die zunehmende Bedeutung von IT in allen Lebenslagen und Industriezweigen hat keinen guten Einfluss auf den CO2-Footprint und die Erderwärmung. Schaut man aber genauer hin, ist es nicht ganz so einfach.Weltweit sind viele Rechenzentren nämlich genau dort gebaut worden, wo regenerative Energien zur Verfügung stehen, denn das World Wide Web kann überall seine Knotenpunkte haben. Außerdem arbeiten sowohl die Hersteller von IT-Hardware als auch die Betreiber der Rechenzentren daran, dass der Energieverbrauch sinkt – mit Erfolg. In den vergangenen Jahren stieg die Leistung der deutschen Rechenzentren um 90 % und ihr Energieverbrauch um 63 %. Sie sind also effizienter geworden.

Das Tempo der Digitalisierung: Da geht noch mehr

Geht da noch mehr? Ganz sicher. Es kann sogar sein, dass das Wort „Quantensprung“, das eine epochale Technologieverbesserung bezeichnet, bald im wahrsten Sinne des Wortes gelten wird.

Den Beweis tritt die Universität Siegen an. Dort, am Institut für Experimentelle Quantenoptik, wurde schon 2010 der erste Quantencomputer Deutschlands gebaut und in Betrieb genommen. Er arbeitet um ein Vielfaches schneller als der schnellste konventionelle „Superrechner“. Denn während jeder „normale“ Computer binär funktioniert, das heißt aufeinanderfolgende Nullen und Einsen verarbeitet, können Quantenrechner Nullen und Einsen überlagern, d. h. parallel verarbeiten. Man spricht dann von Qubits statt von Bits. Ab 56 Qubits wird die Rechenleistung des aktuell stärksten konventionellen Supercomputers erreicht. Mit jedem Qubit verdoppelt man die Performance, und Zielgrößen bis weit mehr als 1000 Qubit sind erreichbar. Die Leistung steigt also exponentiell, und es sind Aufgaben lösbar, an die man heute noch gar nicht zu denken wagt – bei einem Energieverbrauch, der tatsächlich um einen Quantensprung (genauer gesagt: um 99,9%) geringer ist.

Martin Hill ist Doktor und Professor für Wirtschaftswissenschaften an der Universität Siegen und zugleich Initiator und Förderer diverser Startup-Unternehmen – und auch Mitglied des Beirates der ifm solutions GmbH. Auf den ifm SUCCESS DAYS 2023 stellte er in einem Interview den Vergleich zwischen Quantencomputern und konventionellen Hochleistungsrechnern an: „Das größte High-Performance-Cluster der Welt bedeckt eine Fläche von ungefähr 20 Tennisplätzen mit Server-Racks und hat etwa den Energieverbrauch einer Stadt mit 100.000 Einwohnern. Unser Computer, der dieselbe Leistungsfähigkeit besitzt, hat den Energieverbrauch eines Einfamilienhauses. Da sieht man die Relationen und das wirklich enorme Einsparpotenzial.“

Damit sind die Vorteile aber noch gar nicht ausgeschöpft. In vielen industriellen Prozessen sind es die modernen Steuerungen, die z. B. für eine energiesparende und ressourcenschonende Fahrweise von Anlagen und Fabriken sorgen. Sie steuern Verkehrsströme, Abwassermengen oder auch die Stahlerzeugung so, dass mit dem geringsten Energie- und Ressourceneinsatz das Optimum erreicht wird. Und genau hier werden Quantencomputer auch wieder Quantensprünge ermöglichen – und damit ein großer Treiber für den erfolgreichen Klimaschutz sein.

Wenn Computer den Klimaschutz verbessern

„Quantencomputer nehmen Berechnungen vor, die wir heute noch gar nicht rechnen können, beispielsweise sehr komplexe Versionen des „Traveling Salesman“-Problems. Dabei geht es darum, Logistikrouten unter Hinzunahme einer Vielzahl von Daten zu optimieren. Diese vollständigen Enumerationen können normale Computer nicht rechnen, wohl aber Quantencomputer. Ähnliches gilt für ein ganz anderes Beispiel: die Simulation von Rezepturen in der Pharmaindustrie, mit der man die Auswirkungen von Medikamenten und ihre Wirksamkeit und auch Wechselwirkungen errechnet. Das sind typische Optimierungsrechnungen, für die wir in Zukunft Quantencomputer einsetzen werden – und bestimmt auch für die Auswertung von Wetter- und Emissionsdaten mit dem Ziel, den Klimaschutz zu verbessern“, so Prof. Dr. Martin Hill.

Der Quanten(computer)sprung wird kommen

Also: Der Quantensprung wird kommen. Und schon jetzt sind es in ganz vielen industriellen Prozessen die modernen Steuerungen und Software-Bausteine, die für eine energie- und ressourcensparende Fahrweise von Maschinen, Anlagen und ganzen Fabriken sorgen.

So hat die Digitalisierung schon den Verbrauch sehr vieler Gigawattstunden Energie und die Emission vieler Tonnen CO2 eingespart – auch wenn sie selbst Energie verbraucht. Die Gesamtbilanz – Eigenverbrauch gegen Einsparungen gerechnet – hat noch niemand erstellt (und eine exakte Berechnung dieser Größenordnung wäre, nebenbei bemerkt, ohne Digitalisierung kaum zu schaffen). Aber es liegt nahe, dass die von modernen Steuerungen und Computern initiierten Energieeinsparungen deutlich höher sind als ihr Energieverbrauch.

Fluch oder Segen, Bedrohung oder Chance?

Es gibt somit keinen Anlass, auf die Digitalisierung zu schimpfen und die Künstliche Intelligenz als Bedrohung anzusehen. Wie bei jeder neuen Technologie gibt es Chancen und auch Risiken für Umwelt und Gesellschaft. Für Prof. Dr. Martin Hill überwiegen aber ganz eindeutig die Vorteile: „Ich sehe die Digitalisierung als Riesenchance für die deutsche Industrie. Zunächst einmal kann man sich diesem Trend nicht entgegenstemmen: Die Digitalisierung wird voranschreiten, in vielen Lebens- und Arbeitsbereichen. Wir sind dabei nicht in der Poleposition, weder in Europa noch weltweit. Wir haben also einen riesigen Aufholbedarf. Wenn wir das nicht erkennen und endlich richtig starten, werden wir in Deutschland an Wettbewerbsfähigkeit verlieren und nicht nur die Industrie, sondern auch unsere Gesellschaft wird ins Hintertreffen geraten. Also Digitalisierung: Ja! Viel, viel schneller als bisher! Wir brauchen viel mehr Geschwindigkeit. Hier bieten sich riesige Chancen und Vorteile.“

KI braucht Leitplanken

Und die KI? Besteht nicht die Gefahr, dass sie außer Kontrolle gerät? Martin Hill: „Zunächst gilt es auch hier, die Vorteile zu sehen. Nur ein Beispiel: In Deutschland verbringen Ärzte circa 60 Prozent ihrer Zeit mit Dokumentationsarbeiten und nur 40 Prozent am Patienten. Wenn sie in Zukunft KI wie ChatGPT einsetzen, wird das natürlich große Effizienzgewinne bringen – und dem Patienten nutzen. Hier brauchen wir aber einen Code Of Conduct, damit der Einsatz von KI moralisch und gesellschaftsethisch nicht aus dem Ruder läuft. Zum Beispiel wird in Dänemark der Sozialhilfe-Anspruch eines Menschen mit KI berechnet: Will man das? Die Frage ist berechtigt. Deshalb brauchen wir für einige Bereiche der Digitalisierung, insbesondere für die KI, Leitplanken.“