Kipu Quantum: Turbo für Quantencomputer
Große - IBM, Microsoft oder Google - und Kleine - eleQtron, QuEra oder IQM - treiben die Entwicklung von Quantencomputer aufwendig und unermütlich voran. Die Forschung steckt aber immer noch in den Kinderschuhen, sind die Rechenkapazitäten äußerst begrenzt. Bis die eigentlichen Vorteile ausgereizt werden können, kann es noch viele Jahre, wenn nicht Jahrzehnte dauern. Das deutsche Start-up Kipu Quantum hat eine Software entwickelt, die heute schon die Technologie mit schnelleren und zuverlässigen Rechenprozessen nutzbar macht und den praktischen Einsatz der Industrie verbessert.
München, 31. März 2025 - Von Rüdiger Köhn
Für Enrique Solano gibt es nicht „die Zukunft“, sondern nur das „Hier, Jetzt und Heute“. „Bei Kipu Quantum benutzen wir das Wort ‚Zukunft‘ so gut wie nie“, sagt der Spanier. Dabei befasst sich der Professor und profilierte Experte für Quantencomputer seit 25 Jahren mit einer der anspruchsvollsten Technologien der Zukunft, die einmal in Hypergeschwindigkeit und hoch zuverlässig viele Probleme in verschiedensten Anwendungen lösen soll.
Hinter der fast kategorischen Weigerung, das Wort ‚Zukunft‘ in den Mund zu nehmen, steht für Solano eine Mission: nämlich die Quantentechnologie heute, nicht erst in Jahren „wichtig und nötig“ zu machen. Dabei stecken IBM, Google oder Microsoft in der Entwicklung immer noch in den Kinderschuhen. „Wir stehen vor einem historischen Wechsel von der klassischen Informationstechnik zur Quanten-Informationstechnik“, sagt er. „Einmalig“ nennt Solano, 60 Jahre, diese Mission. Dafür hat er im Mai 2021 das deutsche Start-up Kipu Quantum mit Sitz in Karlsruhe und Berlin gegründet; zusammen mit Daniel Volz, 38, und Tobias Grab, 47, beide Experten in der angewandten Quantentechnik.
Kipu ist ein Software-Unternehmen und bildet eine Schnittstelle zu Hardware-Herstellern wie IBM, Microsoft und Google oder QuEra, Pasqual und IQM Quanten Computers als kleinere Anbieter. Oder eleqtron, ein Spin-off der Universität Siegen, das den ersten Quantencomputer in Deutschland entwickelt hat (siehe: „eleQtron: Mit Quanten gegen IBM und Google“ vom 27. März 2024, https://www.passion4tech.de/blog/accure-auf-daten-schatzsuche-im-akku-1).
Enrique Solano, Daniel Volz, Tobias Grab (v.l.) Foto Kipu Quantum
Mit der Software-Plattform des Start-ups kann die Quantentechnologie kommerziell besser und effektiv eingesetzt werden. Hochkomplexe Rechenprozesse können so heute schon in Branchen wie Chemie, Pharma, Telekommunikation, Verkehr, Logistik, Gesundheitswesen, Materialforschung und Finanzen durch speziell entwickelte Algorithmen im Vergleich zu klassischen Computersystemen deutlich schneller ablaufen. Die Höchstleistungsrechner werden bereits angeboten, können mit den noch äußerst begrenzten Rechenfähigkeiten jedoch die theoretischen Vorteile in Tempo und Zuverlässigkeit längst nicht ausspielen. Kipu wirkt in diesem Umfeld wie ein Turbo, um das bestehende Etwas besser auszureizen.
„Wir entwickeln Software für Quantencomputer“, versucht sich Mitgründer und CO-Vorstandschef Daniel Volz in der möglichst einfachen Erklärung einer höchst komplexen und für Laien nur schwer zu durchdringenden Materie (siehe unten). „Ihr technisches Alleinstellungsmerkmal besteht darin, dass Algorithmen in eine Plattform einzubetten, die über die Cloud an Quantencomputer angeschlossen sind.“ Die Kipu-Technologie ist als eine Brücke zu sehen, die die limitierte Quantentechnik praktisch mit industriell nutzbaren Anwendungen verbindet. „Kipu Quantum hat die Tür zur kommerziellen Nutzbarkeit von Quantenprozessen aufgestoßen.“ Probleme im Alltag seien so im Vergleich zu klassischen Systemen weitaus schneller, zuverlässiger und weniger fehlerbehaftet zu lösen. „Wir extrahieren maximale Performance aus den heute existierenden Quantenprozessoren.“
Transformation zu Produkten
Die Folge:„Wir ermöglichen heute die Transformation zu Produkten“, sagt Enrique Solano. Im Mai 2021 gegründet und nur eineinhalb Jahre später im September 2022 online gegangen, habe das Start-up 2024 schon „signifikante Umsätze in siebenstelliger Höhe“ erzielt und beschäftige heute über 40 Mitarbeiter, ergänzt Volz.
Kipu entwickelt Algorithmen als Kernelemente von Quantencomputer für spezielle Problemstellungen. So entsteht ein „Strauß von Algorithmen“, die für die vielfältigsten Problemlösungen angewendet werden können. „Wir sind die einzigen, die das konzeptionell so machen“, sagt Volz. Während ein Prozessor im klassischen Computer mit Bits und Binärcodes (Eins und Null) nacheinander seine Operationen durchführt, arbeitet ein Quantencomputer mit Quantenbits (Qubits) als kleinste Recheneinheit, die multidimensional und parallel sogenannte Quantenalgorithmen ausführen.
"Goldener Kronleuchter" von IBM - Symbol für Quantencomputer Foto IBM
Über 200 Großkunden, Konzerne und Forschungsorganisationen mit mehr als 600 Nutzern hat Kipu auf seiner Referenzliste. In der Chemie ist es etwa BASF, wo die Erforschung von Proteinen Unmengen an Rechenprozessen erfordert, um etwa Therapien gegen die Parkinson-Krankheit zu entwickeln. In der Telekommunikation gehört der spanische Mobilfunkanbieter Masmovil, im Finanzbereich Morgan Stanley wie auch die Deutsche Bahn, Lufthansa oder Mercedes Benz in den Sektoren Verkehr, Logistik und Automotive zum Kundenstamm.
Mit IBM, einem der großen, namhaften Entwickler von Quantencomputer, gibt es gute und enge Geschäftsbeziehungen, die Kipu neue Kunden zuführt und mit der über gemeinsame Angebote und Co-Design gesprochen wird; ebenso sind QuEra aus Boston und die französische Pasqual Hardware-Partner. Gerade erst ist eine Kooperation mit der japanischen NTT Data für Europa und Lateinamerika vereinbart worden, um gemeinsame Projekte etwa mit einer neuen Serviceplattform aufzubauen.
Es gibt mehrere Vorteile, die die von Kipu entwickelten Algorithmen mit sich bringen. Sie sind komprimiert und somit wesentlich kürzer als die bisher in der Quantentechnik angewendeten. Damit beanspruchen sie deutlich weniger der limitierten Rechnerkapazitäten. „Man kann also komplexere Probleme bei bestehender Infrastruktur lösen“, sagt Volz.
Rechenprozesse mit geringerer Fehlerquote
Zum anderen ist die Rechenqualität eine bessere. Quantencomputer gelten zwar als hoch zuverlässig, wenn sie denn einmal voll leistungsfähig sein sollten. Heute können klassische Rechensysteme durch Redundanzen und Absicherungen allerdings Fehler noch besser vermeiden. Bei fehlerkorrigierten Quantenrechnern sind Unmengen an Qubits notwendig, um eine fast komplette Fehlerunwahrscheinlichkeit zu erreichen.
„Sind Algorithmen kürzer, trifft die Fehlerfortpflanzung weniger hart“, erklärt Volz. Und die Kipu-Algorithmen seien gegenüber den klassischen um den „Faktor zehn bis 500 kürzer“. Jede Rechenoperation enthält eine Fehlerwahrscheinlichkeit von etwa 0,1 Prozent. Mit jeder weiteren durchgeführten Operation (genannt Gates oder Gatter) nimmt die Fehlerwahrscheinlichkeit jedoch exponentiell zu. „Mit dem System von Kipu sind die eingesetzten Rechner also exponentiell weniger von der Fehlerwahrscheinlichkeit betroffen und schaffen so einen erhebliochen Mehrwert.“
Eine neue Version: der IBM Quantum System One Foto IBM
Die Grundlagen für diese Software hat Enrique Solano in 25 Jahren Forschungsarbeit geschaffen. Seit jeher hat den Wissenschaftler und Professor die Quantentechnologie gepackt und widmete einen großen Teil seiner bisherigen Forschungsarbeit in Bilbao, der Hauptstadt der spanischen Provinz Bizkaia (Vizcaya). Er hat in Rio de Janeiro den Doktortitel in der Quantenwissenschaft erworben, arbeitete als Quantenexperte fünf Jahre zwischen 2018 und 2022 an der Universität Schanghai.
Er gründete im Mai 2021 im Alleingang das Start-up. Grenzenlos und unendlich sei ja sein Selbstvertrauen, sagt er von sich. Aber die Realität sei anders, lacht er. Er sei zwar Quantenexperte, habe aber keine Erfahrung im Management, musste geeignete Co-Gründer mit anspurchsvollem Profil anheuern. Solano führte Interviews mit potentiellen Einsteigern. Die Runde war ziemlich schnell beendet, als er mit Daniel Volz und Tobias Grab sprach. Sofort war für ihn klar: Die sind es. Denn wie Solano haben sich die beiden seit jeher mit Quantentechnologie beschäftigt und Gedanken gemacht, wie man diese im praktischen Wirtschaftsleben umsetzen kann. „Uns war gleichermaßen klar, dass wir Quantencomputer jetz und heute nutzbar machen wollten“, erinnert sich Volz. Das erste Mal habe man sich im August 2021 inmitten des Lockdowns der Corona-Pandemie draußen in einem Café in Heidelberg getroffen und sich die Hand gegeben.
Ausgeprägter Hang zum Quantencomputing
Die beiden von Solano angeheuerten kannten sich schon lange seit ihrer Tätigkeiten in Karlsruhe. Tobias Grab, der in Chemie den Doktor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) machte, gründete mit Cynora ein Spezialchemie-Start-up, das er acht Jahre später an Samsung verkaufte. Grab war für Daniel Volz der erste Chef und dessen erster Mitarbeiter, während dieser noch an der KIT Chemie studierte. Nach dem Verkauf von Cynora gingen beide getrennte Wege, blieben aber immer in Kontakt.
Grab blieb nach dem Verkauf als Spezialist und Strategieberater selbständig. Volz wechselte für drei Jahre zur Unternehmensberatung McKinsey, wo er sich mit Quantentechnologie und deren potentiellen Anwendungen in der Industrie befasste. So erwarb er umfangreiche Kenntnisse über einen Zukunftsmarkt und dessen Spieler. Anfang 2020 wechselte er zum Chemiekonzern BASF, wo er sich mit Digitalisierung sowie Automatisierung in der Forschung und Entwicklung befasste; wenn es etwa um die Erforschung von Batterie-Chemikalien ging, was gigantische Rechenkapazitäten erfordert und als klassisches Beispiel für die Nutzbarmachung der Quantentechnik gilt.
Majorana 1 - ein Quantenchip von Microsoft aus ganz besonderem Material Foto Microsoft
Aus stabilen Verhältnissen kommend, sinnierten Grab und Volz noch vor dem ersten Kontakt mit Einrique Solano über die Gründung eines Start-ups. Dann kam der Spanier, den Volz in seiner Zeit als McKinsey-Berater kennengelernt hatte. Der Professor und renommierte Hochschullehrer arbeitete 2020 auch etwas mehr als eineinhalb Jahre für das deutsch-finnische Start-up IQM Quantum Computers in München und fasste damit Fuß in der Industrie, nachdem er zuvor auch in der Max-Planck-Gesellschaft für Quantenoptik und an der LMU Ludwig-Maximilians-Universität München geforscht hatte.
Die schnellstmögliche Umsetzung der Technologie mit praktischen Anwendungen in Industrie und Wirtschaft sind für Solano ein so dringendes Anliegen, dass er neben seiner Arbeit bei Kipu in Bilbao das Biscay Quantum Industrial Hub mit aufgebaut hat, dem derzeit 16 Unternehmen (einschließlich Kipu) angehören und das eng mit der Provinzregierung zusammenarbeitet, um die Technologie zu implementieren, auch als Flaggschiff der Forschung in der Region. So ist ein Quantum-Hub entstanden, das auch als Blaupause für andere europäische Standorte gelten kann. Das Munich Quantum Valley in München hat eine ähnliche Zielrichtung, ist aber eher eine Allianz aus Universität und Forschungseinrichtungen. Auch die Universität Siegen gilt in Deutschland als ein namhafter Standort für Quantentechnik; dort, wo mit dem Spin-Off eleQtron der erste deutsche Quantencomputer entstanden ist.
Trotz Wetteiferns viele Kooperationen
Die Spieler in der Quantentechnologie arbeiten für Daniel Volz noch in einem „sehr kollaborativen Spirit“ zusammen, auch wenn Imageschlachten und Wetteifern um die Fortschritte zwischen Google, IBM und Co. nach draußen ein anderes Bild vermitteln mögen. Denn es gibt viele Kooperationen und Partnerschaften mit den Hardware-Herstellern, zwischen Kipu und IBM oder QuEra. „Wir arbeiten sehr synergetisch zusammen“, sagt Volz. Denn deren Quantencomputer können schließlich an die Kipu-Plattform angebunden und damit leistungsfähiger werden. Umgekehrt profitiert man von den Partnern: „Wir sind dankbar, dass wir nicht eigene Prozessoren bauen müssen.“
Nicht lange Start-up, hat Kipu schon akquiriert. Mitte 2024 erwarb es von der Anaqor AG die Quantencomputrer-Plattform PlanQK, auf der die selbst entwickelten Algorithmen-Architekturen und -Bausteine implementiert und über ein SaaS-Modell (Software-as-a-Service) vertrieben werden. Das ersparte zeitraubende Entwicklungsarbeit und brachte zugleich einen großen Teil der heutigen Kunden. Durch den Kauf habe sich die Nutzerzahl in sechs Monaten verdoppelt. PlanQK ist nicht zu verwechseln mit dem Münchener Start-up plancq, das Quantencopmuter als Hardware entwickelt.
Quantenrechner von IQM QuantumComputers Foto IQM
Insgesamt 15 Millionen Euro hat Kipu Quantum über eine Pre-Seed (2022) und eine Seed-Runde (2023) mit Investoren wie HV Capital, entrada, Deep Tech & Climate Fonds (DTCF) oder First Momentum eingesammelt. Trotz der Akquisition von PlanQK sei man bis 2026 mit dieser „großen Hausnummer“ durchfinanziert. Dennoch verhandelt er gegenwärtig über eine neue Finanzierungsrunde, die bis zur Jahresmitte vereinbart sein könnte. Denn es sei ein Punkt erreicht, in dem eine neue Wachstumsphase eingeleitet werden müsse. „Wir haben wichtige Meilensteine erreicht“, sagt er. „Es ist Zeit für ein Fundraising, da wir so viele Kunden bedienen müssen, was auf Dauer zu Lasten der Forschung und Entwicklung geht.“ Denn es gelte, komplexere Algorithmen und Anwendungen für neue modulare Architekturen von großen Hardware-Anbietern wie IBM aufzubauen und den Vertrieb sowie Service auszubauen.
Ein weiterer Meilenstein scheint erreicht, um eine neue Phase der Expansion einzuleiten: „Der Durchbruch erfolgt nicht erst in zwei oder fünf Jahren, er erfolgt jetzt“, sagt Daniel Volz zur Nutzbarkeit von Quantentechnologie. „Wir haben den Break-Even erreicht.“ Damit meint er nicht die Gewinnschwelle von Kipu: „Wir haben die Schwelle praktisch überschritten, an der Quantencomputer und klassische Computer gleich performen.“ Will meinen: Quantentechnik kann in der realen Welt mittlerweile mehr leisten als Standardcomputer.
Quantencomputer
Klassische Computer arbeiten mit Binärcodes, also mit Eins und Null, mit Bits und Bytes. Rechenprozesse werden nacheinander abgearbeitet. Eingesetzt werden dafür Halbleiter beziehungsweise Schaltkreise. Quantencomputer nutzen hingegen elektrisch geladene Atome, genannt Ionen. Das ermöglicht die Berechnungen aller Eins/Null-Kombinationen sowie alle möglichen Zustände dazwischen parallel, nicht nacheinander.
Es gibt in der Entwicklung dieser Technologie zwei Grundrichtungen, die schwerpunktmäßig verfolgt werden: die eine basiert auf Halbleiter (Google, IBM, Microsoft), die andere auf Atome (eleQtron). Gemein hat der Quantencomputer bei beiden, dass Quantenbits - kurz: Qubits - die kleinste Recheneinheit darstellen; das was Bits und Bytes beim Computer sind. Qubits können viele Zustände parallel und zur selben Zeit berechnen.
Quantencomputer ermöglichen so im Idealzustand hochkomplexe Berechnungen in nur wenigen Minuten, wofür selbst die mit Hochdruck von IT-Konzernen entwickelten Hochleistungs- und Supercomputer Tausende von Jahre benötigen. Allerdings steht die extrem anspruchsvolle Quantentechnologie trotz jahrzehntelanger Forschung und Entwicklung noch am Anfang. Zwar gibt es schon Hersteller von Quantenrechnern, deren Hardware im Testbetrieb operieren, aber auch schon für kommerzielle Zwecke eingesetzt werden. Doch sind deren Kapazitäten äußerst limitiert. Die Entwicklung ist noch weit entfernt von dem, was sich Experten von diesen Wundermaschinen einmal erhoffen.
IBM hat zuletzt einen Quantenprozessor mit mehr als 1000 Qubits aus seiner Entwicklungsabteilung vorgestellt. Um einen fehlerfreien Qubit zu erhalten, ist für Fehlerkorrektursysteme - sogenannte Wächter-Qubits - mindestens das Zehnfache erforderlich. Als Beispiel für den Einsatz von Quantenrechnern wird gerne die Erforschung von Batterien genannt, die im Zuge der Energiewende als Speicher in den nächsten Jahrzehnte eine elementare Rolle spielen. Um die Leistung von Batterien gravierend zu verbessern, sind nahezu unvorstellbare Rechenkapazitäten für die Optimierung von Material, Speicherfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit sowie die Herstellung notwendig. Allein dafür würden nach Schätzung von Kipu-Chef Daniel Volz in einem professionellen Zustand hunderte Millionen Qubits erforderlich sein. Experten rechnen damit, dass Computer bis 2030 vielleicht eine Million Qubits generieren können.
IBM visiert durch die Skalierung seiner Systeme in diesem Jahr einen Quantum-Prozessoren mit 4000 Qubits an. Das, so der US-Konzern, ginge dann über das Leistungsspektrum der physischen Elektronik - also das der klassischen Systeme - hinaus.