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Quantenmechanik: Ein Sprung nach vorn für Innovation

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Woran denkst Du beim Wort „Quanten“? Viele von uns denken dabei wahrscheinlich an Film und Fernsehen, wo es zu einem Synonym für besonders komplizierte Wissenschaft und Mathematik geworden ist. Wenn Bruce Banner, der Hulk, im Marvel-Universum über das „Quantum Realm“ spricht oder NASA-Wissenschaftler in Interstellar über „Quanten“ diskutieren – man kann sich sicher sein, dass diese Leute sehr, sehr schlau sein müssen.

Auch wenn die Wissenschaft in solchen Filmen nicht immer der Realität entspricht, so ist doch eines sicher: Menschen, die sich mit Quantenmechanik beschäftigen, sind in der Tat ziemlich schlau.

In diesem Zusammenhang möchten wir Euch jetzt Anthony Chagneau vorstellen. Er arbeitet in der Innovationsabteilung von Expleo in Vitrolles und ist der dortige Quantenexperte. Anthony leitet derzeit eines unserer zahlreichen Innovationsprojekte, das sich speziell mit der Entwicklung eines neuen Quantenalgorithmus befasst. In unserem Interview erfährst Du, was Quantenmechanik ist, warum sie so innovativ ist und wie sie in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder Pharmaindustrie eingesetzt werden kann.

F: Hallo, Anthony. Erzählst Du uns ein wenig über Dich und Deinen Hintergrund?

Ich bin Doktor für Ingenieurwesen und arbeite in Vitrolles an der Südküste Frankreichs. Ich habe einen Doktortitel in Mechanik und Bauingenieurswesen und einen Masterabschluss in mathematischer Modellierung. Vor etwa einem Jahr kam ich zu Expleo, nachdem ich an der Universität Montpellier – wo ich auch promoviert habe – und an der Universität Marseille geforscht hatte. Während meiner akademischen Laufbahn habe ich mir die Fähigkeit angeeignet, physikalische Phänomene zu modellieren und sie durch maschinelle Berechnungen zu analysieren oder zu simulieren. Das ist zu meiner Leidenschaft geworden, und ich bin deshalb sehr glücklich darüber, dass ich sie bei Expleo jeden Tag ausleben kann.

 

F: An welchem Projekt arbeitest Du derzeit?

Ich kam im Rahmen einer Forschungs- und Entwicklungsinitiative zu Expleo, die sich auf viele Bereiche des Unternehmens erstreckte. Expleo hat die Quantenmechanik als einen Bereich ausgemacht, von dem unsere Kunden wirklich profitieren und durch den wir uns von der Konkurrenz unterscheiden können. Ein Data-Science-Ingenieur und ich arbeiteten gemeinsam an der Entwicklung eines neuen Quantenalgorithmus zur Modellierung und Analyse physikalischer Phänomene wie Aerodynamik, Thermodynamik oder Schwingungen, die sich mit herkömmlichen Methoden nur sehr schwer berechnen lassen. Wir haben in nur sechs Monaten einen völlig neuen Algorithmus entwickelt, und die Ergebnisse sind wirklich spannend. Viele Kunden von Expleo kommen aus der Luft- und Raumfahrtindustrie. Unsere Erkenntnisse könnten große Auswirkungen auf die Entwicklung moderner Flugzeuge haben, um sie umweltfreundlicher, intelligenter und sicherer zu machen.

 

F: Die meisten von uns haben schon von dem Begriff „Quantenmechanik“ gehört, aber was ist das eigentlich?

Vereinfacht ausgedrückt ist die Quantenmechanik die Wissenschaft vom ganz Kleinen. Das Atom, eines der kleinsten Teilchen, das es gibt, bildet die Grundlage für alles um uns herum, egal wie groß oder klein es ist. Du, Deine Hauskatze, der Baum vor Deinem Fenster und der Planet, auf dem wir leben, bestehen alle aus Atomen. Die Quantenmechanik erklärt die Phänomene, wie diese winzigen Teilchen und ihre Bestandteile außerhalb der konventionellen Gesetze der Physik zusammenwirken. Sie wendet eine völlig neue Denkweise auf unser Verständnis der Welt an.

 

Wenn wir über Quantencomputer sprechen, ist es am einfachsten, sie mit herkömmlicher Computertechnik zu vergleichen. Alles in Deinem Computer – Filme, Spiele, Musik, Arbeitsunterlagen – besteht aus Binärcode, einer Reihe von Nullen und Einsen. Die Ergebnisse von Berechnungen sind „deterministisch“ und daher eindeutig (z. B. 2+2=4). Die Quanteninformatik verwendet ein so genanntes Qubit und völlig neue Gesetze, die ein gewisses Maß an Zufälligkeit oder Unsicherheit beinhalten. Die Ergebnisse werden als „probabilistisch“ bezeichnet und ermöglichen es uns, komplexere Berechnungen zu verstehen.

 

F: Warum ist Quantenmechanik so wichtig? Welche Vorteile bringt sie?

Quantenmechanik und Quanteninformatik könnten neue Möglichkeiten eröffnen, wie wir die Welt um uns herum betrachten. In einem rein praktischen Sinne erleichtert die Quanteninformatik die Durchführung komplexer Berechnungen mit großen Datenmengen. Sie ist schneller und verbraucht weniger Bandbreite als das herkömmliche Rechnen, und die Ergebnisse sind stabiler. Ein oft übersehener Aspekt dabei ist, dass Quantencomputer auch nachhaltiger und umweltfreundlicher sein werden als Supercomputer.

 

Aber noch wichtiger ist das Potenzial, die Welt auf eine Art und Weise zu verstehen, wie wir es vorher nicht konnten. Etwas so Triviales wie das Wetter, ist in Wirklichkeit äußerst komplex. Die Wissenschaft von heute kann uns nicht alles erklären, was wir wissen wollen, auch wenn sie sich bemüht. Durch schnellere und detailliertere Modellierungen können wir in vielen Bereichen einen großen Sprung nach vorn machen. Die Arbeit in einer so neuen Disziplin ist sicherlich eine Herausforderung, aber es ist auch ein Privileg, an der Spitze eines neuen Bereichs der Wissenschaft zu stehen.

 

F: Wo siehst Du das größte Potenzial für Quantenmechanik?

Jede Branche, die auf ein gutes Verständnis von Wissenschaft und Mathematik angewiesen ist, wird davon profitieren. In der Luft- und Raumfahrt, im Schienenverkehr, in der Automobilindustrie und im Finanzwesen werden Entscheidungen auf Grundlage großer Datenmengen getroffen. Die Quantenmechanik würde dies vereinfachen. Der Algorithmus, den ich entwickelt habe, löst beispielsweise ein allgemeines Problem der Mathematik und lässt sich vielseitig anwenden. Ein Bereich, den ich für besonders interessant halte, ist das Gesundheitswesen und die Pharmazie, da eine auf Quanteninformatik basierende Simulation das Potenzial hat, Tests im Labor zu ersetzen, was schneller, billiger und sicherer wäre. Die Wissenschaft hat auch Potenzial für die Entwicklung neuer Batterie- und Kraftstofftechnologien für Kraftfahrzeuge und andere Transportmittel – ein wichtiger Aspekt für eine Welt mit dem Ziel „Net Zero“.

 

F: Wie geht es mit Deinem Projekt weiter?

 Unser Projekt war bisher ein großer Erfolg. Wir haben nur sechs Monate gebraucht, um unseren neuen Algorithmus zu entwickeln, und wir planen, sehr bald einen Artikel darüber zu veröffentlichen, bevor wir eine Patentanmeldung in Betracht ziehen. Es wird hoffentlich nicht mehr lange dauern, bis wir diese Innovation in Projekten für unsere Kunden anwenden können. Die Quantenmechanik ist eine große Chance für uns und eines der spannendsten und innovativsten Gebiete in der heutigen Wissenschaft. Es wird noch viel mehr kommen, also bleibt dran!

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