Das Quantencomputing erreicht den "Fabrikationszeitpunkt", wer profitiert zuerst?

Die jüngsten intensiven Aktivitäten im Bereich der Quantenrechnung sind nicht mehr nur reine Forschungsmeldungen. Das US-amerikanische Handelsministerium hat über das NIST bekannt gegeben, dass es nach dem „Chip- und Wissenschaftsgesetz“ neun Unternehmen insgesamt 2,013 Milliarden US-Dollar an Bundesförderungen gewähren will, um die Schlüsseltechnologien für eine praktikable, fehlertolerante Quantenrechnung voranzutreiben. Darunter soll IBM 1 Milliarde US-Dollar erhalten, um das unabhängige Quantenwafer-Fabrikatunternehmen Anderon zu gründen; GlobalFoundries soll 375 Millionen US-Dollar erhalten, um die heimische Quantenfertigungsfähigkeit in den USA aufzubauen. Fast gleichzeitig hat imec ein als weltweit erstes mit High NA EUV-Lithografie hergestelltes Quantenpunkt-Quantenbit-Gerät vorgestellt und betont, dass das Gerät für die Fertigung in 300-mm-Waferfabriken kompatibel ist.

Das Kapitalmarkt gibt ebenfalls Signale. Quantinuum hat seine IPO-Dokumente aktualisiert und plant, etwa 2,105 Millionen A-Klasse-Buchaktien zu emittieren, wobei der Emissionspreis zwischen 45 und 50 US-Dollar liegen soll, und plant, an der Nasdaq unter dem Aktienkürzel „QNT“ zu notieren. Bei der maximalen Emissionspreisspanne würde das Kapitalangebot etwa 1,05 Milliarden US-Dollar betragen. Schätzungen zufolge würde der Börsenwert von Quantinuum bei maximal 12,7 Milliarden US-Dollar liegen, wenn man die Kapitalstruktur nach der Emission und die obere Grenze von 50 US-Dollar berücksichtigt. In demselben Bericht wurde auch offen gelegt, dass das Unternehmen 2025 einen Umsatz von 30,93 Millionen US-Dollar und einen Nettoverlust von 458,2 Millionen US-Dollar hatte, und im ersten Quartal 2026 einen Umsatz von 5,24 Millionen US-Dollar und einen Nettoverlust von 128,2 Millionen US-Dollar.

Wenn man diese Informationen zusammen betrachtet, geht es nicht nur darum, dass es „wieder einen Durchbruch in der Quantenrechnung“ gibt. Tatsächlich ist es bemerkenswert, dass die Quantenrechnung aus der Phase der Forschungsprotypen, der Cloud-Demonstrationen und der Algorithmenkonzepte in eine Phase eintritt, die näher an der Essenz der Halbleiterindustrie liegt. In Zukunft werden politische Mittel und Industriekapital zunehmend in Waferfabriken, PDK, MPW, Online-Tests, Tieftemperatur-CMOS, Silizium-Photonik-Interkonnektivität, fortschrittliche Verpackungen, Materialgrenzflächen und Systemintegration fließen.

Was setzt die USA ein?

Die wichtigste Information dieser US-amerikanischen Quantenförderung liegt nicht nur im Betrag, sondern in der Richtung der Mittelzuweisung. Die beiden größten Mittelzuweisungen an IBM/Anderon und GlobalFoundries bedeuten, dass die Politikgestalter die Quantenrechnung als eine fortschrittliche Fertigungssupply-chain betrachten, die im Voraus aufgebaut werden muss. IBM/Anderon steht für eine 300-mm-Quantenwafer-Fabrik, die hauptsächlich der Fertigung von supraleitenden Quantenbits und den dazugehörigen elektronischen Wafern dient; GlobalFoundries wird als sichere heimische Quantenfertigungsfähigkeit positioniert, die verschiedene Architekturen wie Supraleitung, Ionenfallen, Photonen, Topologie und Silizium-Spin abdeckt.

Die Unterstützungsrichtungen der anderen Unternehmen sind ebenfalls deutlich auf die Ingenieurwissenschaften ausgerichtet, nicht nur auf reine Algorithmen oder Software. Atom Computing und Infleqtion konzentrieren sich auf die Systemintegration von neutralen Atomen, Diraq auf die Integration von Silizium-Spin-Quantenlogikeinheiten und der Fertigung, PsiQuantum auf elektrooptische Materialien, Ein-Photon-Detektoren und verlustarme Photonenverpackungen, Quantinuum auf die integrierte Photonik und zuverlässige optische Komponenten in der Ionenfallen-Route, und Rigetti auf die Miniaturisierung von Ausleseelektronik und die Architektur der nächsten Generation von Tieftemperatursystemen. D-Wave hat in einer offiziellen Ankündigung erklärt, dass die vorgeschlagenen Mittel die Weiterentwicklung seiner supraleitenden Annealing- und Gattermodellsysteme vorantreiben werden, und es wurde ausdrücklich erwähnt, dass die Erweiterung von Quantenrechnungssystemen fortschrittliche Fertigungs- und Verpackungstechnologien erfordert. PsiQuantum betont, dass die Mittel zur Verbesserung der heimischen Herstellbarkeit und Leistung von Schlüsselkomponenten wie BTO-Hochleistungs-Lichtschaltern, Hochtemperatur-Ein-Photon-Detektoren und fortschrittlichen Verpackungen verwendet werden sollen.

Dies zeigt, dass die Kommerzialisierung der Quantenrechnung möglicherweise zunächst nicht „die Massenproduktion von Quanten-CPUs“ bringt, sondern eine Neubewertung der Nachfrage nach Tieftemperatur-Steuerungschips, speziellen Interkonnektivitäten, verlustarmen Materialien, Verpackungssubstraten, RF/Mikrowellen-Auslese, Silizium-Photonik-Komponenten und supraleitenden Prozessen. IBM hat erklärt, dass Anderon Fähigkeiten wie supraleitende Verdrahtungen, Silizium-Vias, Bumps, spezielle PDK, Online-Wafer-Tests und -Charakterisierungen sowie Referenzprozessrouten anbieten wird. Diese Begriffe gehören zur Sprache der etablierten Halbleiterindustrie, nicht zur Laborsprache. Um die Quantenhardware wirklich zu erweitern, kann man sich nicht dauerhaft auf wenige Laborproben und manuelle Einstellungen verlassen, sondern muss ähnlich wie in der CMOS-Industrie wiederverwendbare Prozesse, Designregeln, Massenmessungen, Fehlermanagement und Ausbeutekurven etablieren.

Die Aussagen von GlobalFoundries weisen in die gleiche Richtung. Das Unternehmen hat erklärt, dass seine Quantum Technology Solutions von der Quantenprozessoreinheit bis zur Tieftemperatur-Auslese- und -Steuerungselektronik, hin zu fortschrittlichen Verpackungen und supraleitenden Interkonnektivitäten, eine vollständige Quantenhardwarelösung herstellen wird, und betont die Tieftemperatur-CMOS, die FDX-Plattform, die Materialwissenschaft und verschiedene Quantenbit-Routen. Dies bedeutet, dass traditionelle Waferfabriken versuchen, die Quantenrechnungsanforderungen in eine nutzbare, bezahlbare und iterierbare Fertigungsplattform umzuwandeln. Für die Halbleiterindustrie ist dies wichtiger als ein einzelnes Experiment, denn erst wenn eine Fertigungsplattform entsteht, kann eine stabile Arbeitsteilung in der Lieferkette entstehen.

Quantenchips beginnen, fortschrittliche Fertigungskapazitäten zu nutzen

Das High NA EUV-Quantenpunkt-Quantenbit-Gerät von imec zeigt eine weitere Veränderung in der Industrialisierung der Quantenrechnung: Fortschrittliche Fertigungskapazitäten werden nun in die Herstellbarkeitsprüfung von Quantenchips einbezogen. imec hat erklärt, dass ein praktikabler Quantencomputer auf Millionen von verbundenen Quantenbits erweitert werden muss; die Silizium-Quantenpunkt-Spin-Quantenbits werden als „industry qubits“ bezeichnet, weil ihr Herstellungsprozess mit dem Standard-Silizium-CMOS stark kompatibel ist. Bei diesem Gerät wurde der Abstand zwischen den Steuergattern auf etwa 6 Nanometer reduziert, und High NA EUV wurde verwendet, um zuverlässige Muster im Nanometerbereich zu erzeugen.

Dies bedeutet nicht, dass High NA EUV bald eine notwendige Bedingung für die Massenproduktion von Quantenchips werden wird. Genauer gesagt zeigt es, dass die Schlüsselparameter von Quantenbit-Geräten nun in den Skalenbereich der fortschrittlichen Halbleiterfertigung fallen. Linienbreite, Abstand, Kantenrauhigkeit, Grenzflächenfehler, parasitäre Kapazität, Prozessschwankungen und Wafer-Level-Konsistenz können alle direkt die Kopplung, das Rauschen, die Kohärenzzeit und die Reproduzierbarkeit von Quantenbits beeinflussen. Für Halbleiterunternehmen ist der Quantenchip nicht einfach eine Erweiterung des traditionellen Logikchips, sondern er beginnt, die Fähigkeiten der etablierten Fertigungssysteme wie präzise Musterung, Fehlerkontrolle, Messrückkopplung und Ausbeutelernkurven zu nutzen.

Die europäische SPINS-Testlinie bestätigt diese Einschätzung weiter. Dieses Projekt wird von imec koordiniert und hat Ziele wie die 300-mm-Ge/GeSi-Plattform, die Forschungsebene MPW-Betrieb, die frühe PDK-Entwicklung, die Wafer-Level-Detektion, die fortschrittliche Heterointegration, die FDSOI-kompatible Prozessierung, die Tieftemperatur-Standardkreise und die Hochdurchsatz-Tieftemperatur-Charakterisierung. Diese Konfiguration ähnelt dem Weg, den die Halbleiterindustrie von der frühen Forschung zur ökosystemischen Fertigung nimmt: Zuerst gibt es eine Testlinie, dann Design-Sets und Multi-Projekt-Wafer, und schließlich entstehen Prozessdokumente, Teststandards und Ökosystem-Schnittstellen. Sobald die Quantenrechnung in diese Phase eintritt, spielt der Wettbewerb nicht nur in den physikalischen Laboren, sondern auch zwischen den Prozessplattformen und den Lieferketten.

Derzeit hat sich die Richtung der Quantenhardware noch nicht festgelegt. Googles Willow folgt der supraleitenden Route und betont, dass die Fehlerrate bei der Erweiterung auf verschiedene Größenarrays sinkt, und behauptet, dass es Fortschritte bei der Quantenfehlerkorrektur unterhalb der Schwelle erreicht hat. Microsoft hat das Majorana 1 veröffentlicht und behauptet, dass es die topologische Quantenbit-Route durch einen aus Indiumarsenid und Aluminium bestehenden Topokonduktor-Materialstapel vorantreibt und das Ziel setzt, auf einem einzelnen Chip auf Millionen von Quantenbits zu erweitern. In China ist ein supraleitender Quantencomputer basierend auf dem „Zuchongzhi-3“ über die „Tianyan“-Quanten-Cloud-Plattform für kommerzielle Nutzung verfügbar, aber die Ansprüche auf Quantenvorteile oder kommerzielle Vorteile erfordern noch weitere unabhängige Überprüfungen.

Diese Fortschritte zeigen nicht, dass eine bestimmte Route gewonnen hat. Realistischer ist die Einschätzung, dass die Quantenrechnung in eine Phase eintritt, in der „mehrere Technologie-Routen parallel verlaufen und die Ingenieurhemmnisse sich angleichen“. Die physikalischen Prinzipien der supraleitenden, Silizium-Spin-, Photonen-, Ionenfallen-, neutralen Atomen- und topologischen Routen sind unterschiedlich, aber alle lenken die Anforderungen in Richtung Fertigung, Messung, Verpackung, Tieftemperatursteuerung und Systemintegration.

Profitieren die „Schaufelverkäufer“ in der Halbleiterindustrie zuerst?

Aus Sicht des Marktes kann die Quantenrechnung nicht einfach mit AI-Trainingschips verglichen werden. Die Nachfrage nach AI-Beschleunigern kommt von der bereits kommerzialisierten Training und Inference von großen Modellen, und der Ausgabenpfad der Kunden ist relativ klar; die Quantenrechnung befindet sich noch in einer Phase mit hohen Investitionen, geringen Einnahmen, starker Forschung und starker staatlicher Förderung. McKinsey schätzt, dass die Einnahmen von Quantenrechnungsunternehmen 2024 zwischen 650 und 750 Millionen US-Dollar betragen und 2025 über 1 Milliarde US-Dollar erreichen werden; 2024 hat die Weltwirtschaftliche Quanten-Startups fast 2 Milliarden US-Dollar an Kapital gesammelt, was im Vergleich zu etwa 1,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2023 eine Zunahme von etwa 50 % darstellt. Diese Zahlen zeigen, dass die Branche deutlich wärmer wird, aber im Vergleich zum Markt für AI-Beschleuniger, fortschrittliche Logikfertigung oder Speicher ist der Umsatz der Quantenrechnungshardware noch immer relativ gering.

Die Aktualisierung der IPO-Dokumente von Quantinuum macht diesen Widerspruch deutlicher. Das Unternehmen plant, bis zu 1,05 Milliarden US-Dollar an Kapital zu sammeln, und die Kapitalmarktberichte schätzen seinen maximalen Börsenwert auf etwa 12,7 Milliarden US-Dollar. Aber die gleichen offengelegten Informationen zeigen auch, dass das Unternehmen noch einen geringen Umsatz und einen hohen Verlust hat. Der Bericht erwähnt auch, dass die Risikofaktoren von Quantinuum die Entwicklung von Hochvolumen-Fertigungsprozessen und die Abhängigkeit von einzigen Lieferanten für einige Materialien und Systeme umfassen. Dies zeigt genau, dass der Börsenwert von Quantenrechnungsunternehmen nicht auf der Grundlage der aktuellen Einnahmen, sondern auf der Grundlage der zukünftigen fehlertoleranten Systeme, der Fertigungsausweitung und der Integration der Lieferkette festgelegt wird.

Im Kurzfristigen ist es wahrscheinlicher, dass der Markt zuerst die „Schaufelverkäufer“-Bereiche neu bewertet, einschließlich Tieftemperatur-CMOS, RF/Mikrowellen-Steuerung, Silizium-Photonik, fortschrittliche Verpackungen, verlustarme Materialien, spezielle Substrate, Wafer-Level-Tests, Tieftemperatur-Sondentische, Verdünnungskühler, EDA, PDK-Services und HPC-Interkonnektivität. Diese Bereiche müssen nicht warten, bis die universelle fehlertolerante Quantenrechnung vollständig reif ist, sondern können bereits durch staatliche Projekte, Testlinienbau, Unternehmensforschung und Kleinserien-Systemintegration zusätzliche Nachfrage erhalten.

Die Veröffentlichung von NVQLink durch Nvidia zeigt auch diese Richtung. Diese offene Architektur wird verwendet, um die GPU-Rechenleistung eng mit Quantenprozessoren zu koppeln, unterstützt 17 QPU-Hersteller, 5 Controller-Hersteller und 9 US-amerikanische Nationalforschungslabore und betont, dass die Quantenfehlerkorrektur- und Kalibrierungsalgorithmen eine niederlatente, hocheffiziente Verbindung zu klassischen Supercomputern erfordern. Dies zeigt, dass die Quantenrechnung in absehbarer Zukunft nicht unabhängig vom klassischen Rechensystem existieren wird. Wahrscheinlicher wird sie als heterogener Coprozessor in HPC- und AI-Superrechenzentren existieren, wobei die GPU/CPU die Steuerung, Kalibrierung, Fehlerkorrektur-Decodierung, Simulation und die Ausführung von Hybridalgorithmen übernimmt.

Die mittelfristige und langfristige Prognose bleibt optimistisch. McKinsey schätzt, dass die Einnahmen aus der Quantenrechnung bis 2035 zwischen 28 und 72 Milliarden US-Dollar betragen können und bis 2040 der Gesamtmarkt für Quantentechnologien 198 Milliarden US-Dollar erreichen kann. BCG ist der Meinung, dass die Quantenrechnung bis 2040 einen wirtschaftlichen Wert von 450 bis 850 Milliarden US-Dollar schaffen kann und einen Markt für Hardware- und Softwarelieferanten im Umfang von 90 bis 170 Milliarden US-Dollar unterstützen kann. Aber BCG warnt auch, dass die Quantenrechnung derzeit noch keine sichtbaren Vorteile gegenüber der klassischen Rechnung in kommerziellen oder wissenschaftlichen Anwendungen bietet, und die mangelnde Hardwarezuverlässigkeit die Einführung noch einschränkt, während die GPU, die klassischen Algorithmen und die AI-Frameworks weiterhin die Anforderungen erhöhen.

Fazit

Die Quantenrechnung tritt in eine Phase ein, die näher an der Essenz der Halbleiterindustrie liegt. Dies wird neue Chancen für die Bereiche Geräte, Materialien, Verpackung, Test und Fertigung bringen, aber es wird nicht sofort eine massenhafte Produktion von Konsumelektronikprodukten zur Folge haben.

Für Unternehmen in der Lieferkette und Investoren ist die Quantenrechnung zwar interessant, aber es ist nicht sinnvoll, sie mit dem Logik eines kurzfristigen Aufbruchs zu bewerten. Ein sichererer Beobachtungsweg besteht darin, auf drei Dinge zu achten: Ob die Waferfabriken und Testlinien stabile Geräte liefern können; ob die Quanten-PDK, MPW und Online-Tests die Schwelle für die Hardwareinnovation senken können; und ob die Tieftemperatursteuerung, die fortschrittliche Verpackung, die Silizium-Photonik