Von der Flugzeugentwicklung zum effizienten Luftraummanagement So verändert Quantencomputing die Luft- und Raumfahrtindustrie

2025 stand die Luft- und Raumfahrtindustrie unter einem massiven Tranformationsdruck. Denn Flugreisen bleiben weiterhin attraktiv, geopolitische Spannungen drängen auf priorisierte Verteidigungsprogramme und ein neuer Wettlauf ins All beginnt. Das erhöht den Druck auf Hersteller, Airlines, Flughäfen und Raumfahrtunternehmen, schneller zu entwickeln, effizienter zu planen und Ressourcen besser zu nutzen.

Klassische Rechenverfahren stoßen in der Luft- und Raumfahrt immer häufiger an Grenzen. Die Systeme werden komplexer und die Zahl der Variablen steigt, wodurch viele Fragestellungen heute einen enormen Rechenaufwand erfordern. Quantencomputing setzt genau hier an und erweitert den Werkzeugkasten der Branche. Es verspricht Fortschritte bei Simulation, Optimierung, Signalerkennung sowie Materialforschung. Zahlreiche Unternehmen testen bereits erste Anwendungen. Wie in so vielen Branchen wir Quantencomputing also auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie Fahrt aufnehmen. In drei Bereichen lassen sich die Potenziale bereits besonders klar erkennen.

Schnellere Flugzeugentwicklung durch quantengestützte Simulation

Die Entwicklung neuer Flugzeuge ist langwierig und teuer. Windkanalversuche und numerische Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics, CFD) binden über Jahre Forschungskapazitäten und Budgets. Quantencomputing kann diese Prozesse beschleunigen, indem es besonders präzise digitale Simulationen ermöglicht und die Zahl physischer Tests verringert.

Das ist keine abstrakte Zukunftsvision, steht im Fokus konkreter Projekte. Unternehmen wie Boeing und Rolls-Royce untersuchen Quantenalgorithmen, um Triebwerksleistung und Flügelgeometrien zu optimieren. Rolls-Royce arbeitet etwa an quantenbasierten Ansätzen, um Treibstoffverbrauch zu senken und Emissionen zu reduzieren. Beides gewinnt an Bedeutung, weil Airlines zunehmend strengere Klimavorgaben erfüllen müssen.

Wenn Ingenieure Strömung und Verbrennung mit Quanten- oder Hybridverfahren simulieren, ist es ihnen möglich, ihre Entwürfe schneller und effizienter zu präzisieren. So verkürzen sie Entwicklungszyklen deutlich. Der Übergang von rein klassischer zu hybrider Quantenklassik ermöglicht komplexere Simulationen, ohne dass die Kosten ausufern. Mit leistungsfähigeren Quantenrechnern wird die Realisierung, komplette Flugzeugsysteme als digitale Zwillinge abzubilden, immer wahrscheinlicher. Das würde die Zeit bis zur Markteinführung senken und Forschung und Entwicklung effizienter machen. Zukünftige Flugzeuge können so schneller und kostengünstiger entwickelt und gefertigt werden als heute.

Effizientere Logistik und Luftraummanagement

Der Betrieb von Airlines und Flughäfen ist eine hochkomplexe logistische Aufgabe. Tausende Flüge müssen geplant, Gates zugewiesen, Crews disponiert und Flugzeuge optimal eingesetzt werden. Schon heute bringen diese Aufgaben klassische Rechnerarchitekturen an ihre Grenzen.

Genau hier liegen große Potenziale für die Luftfahrtlogistik, weil sich Quantencomputing besonders gut für diese Optimierungslücken eignet. Ein Beispiel ist die Routenplanung. Quantenalgorithmen berücksichtigen viele Variablen gleichzeitig und finden in kurzer Zeit Lösungen, für die klassische Systeme deutlich länger brauchen. Airlines können Flugrouten dynamisch anpassen, etwa anhand von Wetterdaten, Treibstoffzielen und Luftraumkapazitäten. Ein Experiment der NASA und Partnern deutet darauf hin, dass quantenbasierte Routenoptimierung das Potenzial hat, Flugzeiten messbar zu reduzieren. Im großen Maßstab würde das den Treibstoffverbrauch deutlich senken. Quantencomputing wäre damit zugleich Hebel für Kostensenkung und Werkzeug zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen.

Auch Flughäfen profitieren von quantengestützter Optimierung. Ankünfte, Abflüge und Gate-Zuweisungen lassen sich eng an der Realität ausrichten und häufiger neu berechnen. So können Betreiber Verspätungen besser auffangen und Umläufe stabiler planen.

Für Logistikunternehmen stellen sich ähnliche Aufgaben. Wer Transportketten und Paketrouten mit quantenoptimierten Verfahren plant, verkürzt Lieferzeiten, senkt den Treibstoffverbrauch und nutzt Fahrzeuge besser aus. Die zugrunde liegenden Problemstrukturen ähneln vielen Fragestellungen der Luftfahrt.

Neue Materialien für Luft- und Raumfahrt

Die Suche nach leichteren, widerstandsfähigeren und hitzebeständigeren Materialien ist ein Kernfeld der Luft- und Raumfahrtentwicklung. Quantencomputing kann diesen Prozess beschleunigen, indem es molekulare Wechselwirkungen simuliert und so die Arbeit an neuen Legierungen, Beschichtungen und Verbundwerkstoffe unterstützt.

Flugzeughersteller prüfen etwa bereits, wie Quantenalgorithmen die Materialforschung voranbringen. Im Fokus stehen etwa Hochentropielegierungen, die extremen Temperaturen im Hyperschallflug standhalten, sowie korrosionsbeständige Beschichtungen, die die Lebensdauer von Strukturen verlängern. Besonders wichtig sind leichte Verbundmaterialien. Mit Hilfe quantenbasierter Modelle lässt sich das Verhältnis von Gewicht und Belastbarkeit gezielt optimieren. Das verbessert die Treibstoffeffizienz.

Genauere Simulationen ermöglichen es, mechanische, thermische und chemische Eigenschaften genauer vorherzusagen. Unternehmen reduzieren damit ihren Bedarf an Prototypentests, was potenziell hohe Einsparungen an Forschungskosten und verkürzte Entwicklungszyklen mit sich bringt. Hinzu kommt das Konzept quantengestützter digitaler Zwillinge von Materialien. Ingenieure können das Verhalten neuer Werkstoffe virtuell unter realen Belastungen testen, noch bevor der erste physische Probekörper überhaupt hergestellt wird. Das macht die Materialentwicklung schneller und planbarer.

Ausblick: Radar, Satelliten und neue Reiseflughöhen

Die genannten Beispiele markieren erst den Anfang der Transformationsphase. Quantencomputing hat das Potenzial, weitere Bereiche der Luft- und Raumfahrt grundlegend zu verändern. Dazu gehört die Optimierung von Satellitenkonstellationen, bei der Bahnen und Positionen so geplant werden, dass Abdeckung, Latenzen und Kollisionsrisiken im Gleichgewicht sind, ebenso wie die Signalerkennung in komplexen Radarsystemen. Moderne Radare verarbeiten große Datenmengen aus vielen Sensoren und werten mehrere Bedrohungsmerkmale gleichzeitig aus. Das erhöht die Genauigkeit, macht die Auswertung aber deutlich rechenintensiver. Quantenalgorithmen können helfen, relevante Signale schneller zu identifizieren und Fehlalarme zu reduzieren.

Viele Unternehmen der Luft- und Raumfahrt investieren bereits in Quantencomputing, um sich einen Vorsprung zu sichern. Mit jeder neuen Hardware-Generation steigen die Chancen auf schnellere Flugzeugentwicklungen, effizienteres Luftraummanagement und neue Materialklassen, die längere Produktlebensdauern und neue Reiseflughöhen ermöglichen. Für die Branche stellt sich deshalb nicht mehr die Frage, ob Quantencomputing einen Unterschied machen wird, sondern wie schnell sie die Technologie in ihre Abläufe integriert. Nur wer frühzeitig in Quantenkompetenz, Fachkräfte und eine klare Anwendungsstrategie investiert, verschafft sich einen messbaren Vorsprung. (se)

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* Leiter Marketing und Unternehmensentwicklung bei Classiq

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