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Der Markt für Rechenzentren wächst weltweit schnell, angetrieben durch die steigende Nachfrage nach Rechenleistung für Cloud-Dienste, künstliche Intelligenz und Big Data. Gleichzeitig stellt der hohe Energieverbrauch von Rechenzentren eine zentrale Herausforderung dar. Deloitte Insights (*1) hebt hervor, dass nachhaltige Alternativen dringend erforderlich sind, um den ökologischen und wirtschaftlichen Herausforderungen zu begegnen. Die steigende Nachfrage nach Rechenleistung wird diesen Trend in den kommenden Jahren noch verstärken.

 

Mit den Fortschritten im Quantencomputing könnte eine bahnbrechende Technologie entstehen, die den Investitionsmarkt für Rechenzentren nachhaltig verändern wird. Jüngste Studien von McKinsey (*2), Gartner (*3) und IBM Research (*4) zeigen, dass das Quantencomputing erhebliche Auswirkungen auf die IT-Infrastruktur haben wird, insbesondere in den Bereichen Energieeffizienz, Investitionsverlagerung und hybride Rechenarchitekturen.

 

Stromverbrauch und Rechenleistung von klassischen Computern im Vergleich zu Quantencomputern (*5)

Quantencomputer können bei bestimmten Problemen (z. B. Optimierung, Kryptografie) exponentiell schneller sein als klassische Supercomputer. Klassische Computer würden jedoch ein Vielfaches an Energie benötigen, um die gleichen hochkomplexen Berechnungen durchzuführen.

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Klassische Supercomputer

Rechenleistung: Fugaku, der derzeit leistungsstärkste Supercomputer, erreicht etwa 442 Petaflops (442 Billiarden Gleit-

kommaoperationen pro Sekunde).

Stromverbrauch: Fugaku benötigt etwa 30 Megawatt (MW) (*6).     

 

Quantencomputer (IBM, Google, D-Wave)

Rechenleistung: Keine direkte Flops Angabe möglich, aber Googles Quantencomputer Sycamore soll in 200 Sekunden eine Berechnung durchgeführt haben, für die ein klassischer Supercomputer 10.000 Jahre brauchen würde.

       

Stromverbrauch       

Der genaue Stromverbrauch von Googles Quantumcomputern, wie dem Sycamore-Prozessor oder dem neueren Willow-        

Chip, wird von Google nicht öffentlich bekannt gegeben. Es ist jedoch allgemein bekannt, dass Quantencomputer aufgrund       

ihrer komplexen Kühl- und Betriebssysteme einen hohen Energiebedarf haben. Eine Studie aus dem Jahr 2024 berichtet,       

dass der Sycamore-Prozessor etwa 4,3 Kilowattstunden (kWh) in 600 Sekunden (10 Minuten) für eine bestimmte Berechnung

verbraucht, was einem durchschnittlichen Stromverbrauch von etwa 25,8 Kilowatt (kW) (*7).  Der Quantencomputer von IBM

(Eagle mit 127 Qubits) verbraucht etwa 10-20 Kilowatt (kW) (*8).

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Vergleich der Effizienz

Ein direkter Vergleich der Energieeffizienz zwischen klassischen Computern und Quantencomputern ist schwierig, da die Berechnungsmethoden grundlegend unterschiedlich sind. Während klassische Computer auf Bits mit den Zuständen 0 oder 1 beruhen, arbeiten Quantencomputer mit Qubits und komplexen Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Dennoch ist klar, dass Quantencomputer für bestimmte Anwendungen eine ungekannte Rechenleistung bei vergleichsweise sehr geringem Energieverbrauch bieten. Der Energiebedarf ist im Vergleich zur erreichbaren Rechenleistung nahezu vernachlässigbar. Die hohen Anforderungen an Kühlung und Stabilität sind jedoch noch große technische Herausforderungen, die es zu lösen gilt.

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Energiebedarf für die Kühlung von Quantencomputern

Quantencomputer müssen bei extrem niedrigen Temperaturen betrieben werden, da die Qubits nur in einem nahezu störungsfreien Zustand zuverlässig arbeiten können. Die meisten bestehenden Quantencomputer basieren auf supraleitenden Qubits, die Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt benötigen (etwa 15 Millikelvin oder -273.135°C). Dies erfordert ausgeklügelte Kühlsysteme, die erhebliche Mengen an Energie benötigen:

Verdünnungskühlsysteme: Diese Kühlsysteme verwenden eine Mischung aus Helium-3 und Helium-4, um die extrem

niedrigen Temperaturen zu erreichen. Durch den Prozess der Verdünnung der Heliumisotope wird dem System kontinuierlich

Wärme entzogen.

Mehrstufiges Kühlverfahren: Der Kühlprozess erfolgt in mehreren Stufen, beginnend mit kommerziellen Kompressions-

kühlsystemen bei 50 Kelvin (-223,0°C) über Helium-Kryokühler bei 4 Kelvin (-269,0°C) bis hin zur endgültigen

Verdünnungskühlung.

Energiebedarf für die Kühlung: IBM und Google schätzen, dass allein die Kühlinfrastruktur für einen großen Quantencomputer

derzeit etwa 10-20 kW verbraucht. Obwohl diese Zahl im Vergleich zu herkömmlichen Supercomputern relativ niedrig ist, stellt

sie eine zusätzliche Energieherausforderung dar.       

Alternative Kühltechnologien: Forschungseinrichtungen untersuchen alternative Kühlmethoden, darunter Laserkühlung,

supraleitende Materialien mit stabileren Qubits und neue kryogene Kühlsysteme, die den Energiebedarf für die Kühlung 

verringern könnten.

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Warum Quantencomputer herkömmliche Computer nicht vollständig ersetzen werden

Obwohl Quantencomputer für bestimmte Aufgaben revolutionär sind, gibt es mehrere Gründe, warum sie auf lange Sicht nicht alle herkömmlichen Computer ersetzen werden:

Kosten: Quantencomputer sind extrem teuer in Bau und Betrieb. Die Infrastruktur erfordert spezialisierte Hardware, kryogene

Kühlung und hochpräzise Kontrollsysteme, was ihren weit verbreiteten Einsatz einschränkt.       

Komplexität und Bedarf an Spezialisten: Quantencomputer erfordern Spezialisten, die sie programmieren, warten und

betreiben. Die Algorithmen unterscheiden sich grundlegend von denen herkömmlicher Computer, was die Umstellung auf

breiter Front erschwert.

Spezifische Anwendungen: Quantencomputer sind besonders effizient bei Optimierungsproblemen, Simulationen und

kryptografischen Berechnungen. Für alltägliche Anwendungen wie Bürosoftware, Datenbanken oder einfache Berechnungen

werden herkömmliche Computer weiterhin effizienter sein.

Bestehende Investitionen in herkömmliche Rechentechnologien: Die Unternehmen haben bereits Milliarden in die

herkömmliche IT-Infrastruktur investiert. Ein vollständiger Ersatz durch Quantencomputer wäre wirtschaftlich nicht tragfähig.

Skalierbarkeit: Die derzeitigen Quantencomputer haben eine begrenzte Anzahl von Qubits und sind sehr fehleranfällig. Bis ein

universeller Quantencomputer mit ausreichender Stabilität existiert, werden hybride Systeme dominieren.

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Koexistenz von Quantencomputern und herkömmlichen Computern

Trotz der enormen Fortschritte in der Quanteninformatik ist es unwahrscheinlich, dass sie herkömmliche Computer in naher Zukunft vollständig ersetzen wird. Stattdessen wird sich eine hybride Struktur herausbilden, in der beide Technologien koexistieren. McKinsey sagt voraus, dass bis 2035 etwa 20 % der anspruchsvollsten Berechnungen von Quantencomputern durchgeführt werden, während herkömmliche Computer weiterhin für allgemeine Anwendungen eingesetzt werden.

 

Schlussfolgerung

Der Erfolg von Quantencomputern wird einen tiefgreifenden Einfluss auf den Investitionsmarkt für Rechenzentren haben. Während kurzfristig weiterhin in herkömmliche Rechenzentren investiert wird, werden langfristig hybride Modelle und Quantencomputer-Infrastrukturen an Bedeutung gewinnen. Die Herausforderung für Investoren wird sein, frühzeitig die Weichen für eine Zukunft zu stellen, in der beide Technologien optimal genutzt werden. Letztlich bietet das Quantencomputing auch eine vielversprechende Möglichkeit, den wachsenden Bedarf an Rechenleistung mit nachhaltigen Lösungen in Einklang zu bringen.

 

 

Quellen

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Impact of Quantum computing on DC market

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