Die Relevanz der Digitalisierung nimmt in den technologischen Zukunftsfeldern der vbw insgesamt weiter zu. Die Bandbreite ist allerdings groß und reicht von einem fortgeschrittenen digitalen Anteil von 46 Prozent im Zukunftsfeld Mobilität bis zu einem nach wie vor recht geringen Anteil von rund 10 Prozent im Bereich Materialien. Dabei gibt es innerhalb der Zukunftsfelder nochmals Unterschiede zwischen den einzelnen Anwendungstechnologien. Beispielsweise ist der Anteil der digitalen Durchdringung in der Mobilität insgesamt hoch, da es mehrere Einzeltechnologien innerhalb dieses Zukunftsfeldes gibt (z.B. autonome Straßenfahrzeuge, Drohnen, Smart City oder vernetzte Fahrzeuge), in denen die Digitalisierung eine zentrale Rolle spielt. Ein Beispiel wäre hier der Einsatz von KI zur Steuerung von autonomen Fahrzeugen oder Drohnen.

Das Zukunftsfeld Industrie ist nach wie vor das zahlenmäßig größte Feld mit rund 55.000 fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten im Jahr 2025 – ein Plus von rund 30 Prozent gegenüber 2023. Die Bereiche Mobilität (35.000) und Gesundheitswesen (32.000) folgen auf den weiteren Plätzen. Die Zahl der digitalen Weltklassepatente in den anderen Zukunftsfeldern ist deutlich kleiner; das kleinste Feld stellt das Zukunftsfeld Nanotechnologien dar mit lediglich rund 2.100 aktiven Weltklassepatenten im Jahr 2025.

Das Wachstum der fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente verlief in fast allen Zukunftsfeldern dynamisch. Seit 2020 sind die Felder Ernährung (+24 Prozent pro Jahr), Energiesysteme (+23 Prozent pro Jahr) und Biotechnologien (+20 Prozent pro Jahr) am stärksten gewachsen. In allen drei Feldern treibt KI die Digitalisierung – im Agrarbereich etwa KI-gestützte Bilderkennung in Drohnen- und Satellitendaten zur Unterstützung der digitalen Präzisionslandwirtschaft, im Energiebereich KI-gestützte Netzsteuerung und die Integration erneuerbarer Energien, und in der Biotechnologie durch KI-basierte Proteinstrukturvorhersage und Hochdurchsatz-Screening. Bemerkenswert ist dabei insbesondere die Dynamik in den Energiesystemen: Während dieses Feld bei der digitalen Durchdringung den vorletzten Platz belegt, hat sich die Zahl der fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente seit 2020 nahezu verdreifacht. Die vier zahlenmäßig größten Felder – Industrie, Gesundheitswesen, Mobilität und Luft- und Raumfahrt – wachsen mit jährlichen Raten zwischen 15 und 18 Prozent ebenfalls solide, wenn auch nicht ganz so dynamisch wie die drei Spitzenfelder. Recht verhalten verläuft die Digitalisierung in den Feldern Materialien und Nanotechnologien (jeweils +2 Prozent pro Jahr). Beide Felder sind traditionell stark auf physikalische und chemische Experimente angewiesen, in denen digitale Werkzeuge wie autonome Labore und KI-gestütztes Materialscreening erst beginnen, sich zu etablieren.

Die Schwelle von 10.000 fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten wird im Jahr 2025 von sieben Anwendungstechnologien überschritten – gegenüber lediglich vier Technologien im Jahr 2023. Die meisten dieser Technologien stammen aus den Zukunftsfeldern Industrie und Gesundheitswesen: Sensoren mit rund 22.000 fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten, gefolgt von vernetzter Produktion (17.000) und Robotik (16.000) im Industriebereich sowie Medtech (20.000) und Patientendaten (11.000) im Gesundheitswesen. Hinzu kommen die autonomen Straßenfahrzeuge im Zukunftsfeld Mobilität mit rund 15.000 Weltklassepatenten.

Bei der Forschungsdynamik gibt es sowohl kleine als auch große Technologien, die eine besonders hohe Innovationsdynamik aufweisen. An der Spitze stehen die intelligenten Stromnetze mit einem jährlichen Wachstum von rund 34 Prozent zwischen 2020 und 2025. Es folgen Windenergie (+28 Prozent pro Jahr), autonome Straßenfahrzeuge (+28 Prozent), die Präzisionslandwirtschaft (+27 Prozent), Patientendaten (+24 Prozent) sowie Präzisionsmedizin und Bioinformatik (jeweils +23 Prozent).

Wäre Bayern ein Land, würde es im Ranking der wichtigsten Forschungsländer den 9. Rang belegen mit knapp 2.400 fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten (EU nicht mitgezählt). Damit liegt Bayern vor Ländern wie Israel, Frankreich oder Taiwan.

China liegt hinsichtlich der Forschungsdynamik weiterhin klar an der Spitze. Die Zahl der fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente aus China hat sich allein in den vergangenen beiden Jahren um 74 Prozent erhöht, von 26.600 im Jahr 2023 auf 46.300 im Jahr 2025. Seit 2020 sind die fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente in den Anwendungstechnologien aus China um 29.1 Prozent pro Jahr gestiegen. Ebenfalls sehr dynamisch hat sich die Spitzenforschung in Südkorea entwickelt (+18 Prozent p.a. seit 2020). Das hohe Wachstum dieser beiden Länder hat dafür gesorgt, dass das globale Wachstum bei den Weltklassepatenten in den letzten Jahren erneut sehr hoch ausfiel. Allein zwischen 2023 und 2025 ist der weltweite Bestand fortgeschrittener digitaler Weltklassepatente in den Anwendungstechnologien um 35 Prozent gestiegen.

Bayern folgt im Vergleich der Top-Forschungsstandorte mit einem Wachstum von 13 Prozent pro Jahr seit 2020 im oberen Mittelfeld. Damit lag das Wachstum zwar unter dem von China und Südkorea getriebenen globalen Schnitt, aber auf Augenhöhe mit dem gesamtdeutschen und dem EU-Schnitt (jeweils +13 Prozent p.a.) und deutlich vor den USA und Japan (jeweils +9 Prozent p.a.).

Über die digitale Durchdringung lässt sich messen, wie stark einzelne Forschungsstandorte ihre Anwendungstechnologien bereits mit fortgeschrittenen Digitalisierungstechnologien verknüpfen. Sie ergibt sich aus dem Anteil der digital durchdrungenen Weltklassepatente an allen Weltklassepatenten in den Anwendungstechnologien eines Landes.

Im Jahr 2025 weist Indien mit rund 40 Prozent die höchste digitale Durchdringung auf, gefolgt von Israel (37 Prozent) und Taiwan (36 Prozent). Diese drei Länder lagen bereits 2023 an der Spitze. Es folgen Kanada (30 Prozent), Südkorea (29 Prozent), die USA (29 Prozent) und China (28 Prozent).

Auffällig ist die Dynamik in China: Die digitale Durchdringung ist hier zwischen 2023 und 2025 um 2,4 Prozentpunkte gestiegen – stärker als in allen anderen Top-Forschungsländern. Demgegenüber ist die digitale Durchdringung der Anwendungstechnologien einzig in Taiwan in den letzten zwei Jahren leicht gesunken, allerdings auf bereits hohem Niveau.

Bayern liegt mit einer digitalen Durchdringung von rund 22 Prozent vor Deutschland (18 Prozent) und der EU (19 Prozent), jedoch unter dem weltweiten Schnitt von 25 Prozent.

Der weltweite Schnitt ist seit 2023 insgesamt von 23 auf 25 Prozent gestiegen – Ausdruck der zunehmenden Bedeutung der Digitalisierung in den Anwendungstechnologien.

Deutschlands Weltanteile in den fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten der vbw Zukunftsfelder bewegen sich 2025 zwischen 3,1 und 6,3 Prozent. Den höchsten Anteil besitzt Deutschland bei den Materialien (6,3 Prozent), gefolgt von Industrie (5,5 Prozent), dem Gesundheitswesen und der Mobilität (jeweils 4,8 Prozent) sowie den Biotechnologien und den Nanotechnologien (jeweils rund 4,5 Prozent). Etwas schwächer fällt die Position in der Luft- und Raumfahrt (4,1 Prozent) und der Ernährung (4,0 Prozent) aus. Das Schlusslicht bilden die Energiesysteme mit nur 3,1 Prozent.

Zwischen 2020 und 2025 hat Deutschland in sieben der neun Zukunftsfelder an Weltanteilen verloren. Stark zurückgefallen ist Deutschland in den Energiesystemen (–2,5 Prozentpunkte). In der Luft- und Raumfahrt sowie bei den Materialien konnte Deutschland seinen Weltanteil dagegen leicht ausbauen (jeweils +0,2 Prozentpunkte). Während Deutschland gegenüber China in den meisten Feldern deutlich an Boden verloren hat, haben sich die deutschen Weltanteile gegenüber den USA und Japan in den letzten Jahren insgesamt verbessert.

Zwischen 2020 und 2025 hat die EU in fast allen Zukunftsfeldern Weltanteile verloren (Abbildung 18). Einzig im Bereich Materialien konnte die EU ihren Weltanteil leicht erhöhen. Stark ist der Weltanteil dagegen vor allem bei Energiesystemen (–6 Prozentpunkte auf 6,4 Prozent) und Ernährung (–3 auf 8,0 Prozent) gesunken. In den übrigen Zukunftsfeldern fallen die Weltanteilsverluste deutlich geringer aus.

Die EU erreicht ihre höchsten Weltanteile in der fortgeschrittenen Digitalisierung in den Nano-, Material- und Biotechnologien sowie im Gesundheitswesen – mit jeweils rund 11 bis 13 Prozent. Diese Felder spiegeln die Stärke der EU in der chemisch-pharmazeutischen Industrie und in der hochwertigen Werkstoffforschung wider. Auch in den Zukunftsfeldern Industrie und Mobilität liegt der Weltanteil der EU über der 10-Prozent-Schwelle.

Im Energiesektor dagegen ist die EU mit einem Weltanteil von nur 6,4 Prozent weltweit so schwach positioniert wie in keinem anderen Zukunftsfeld.

Besonders auffällig bleibt der hohe US-Anteil an fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten in den Biotechnologien (rund 65 Prozent). Auch in den Nanotechnologien, der Mobilität und im Gesundheitswesen liegt der US-Anteil bei jeweils rund 50 Prozent oder mehr. Im Vergleich zur Originalstudie 2024 sind diese Anteile jedoch durchweg gesunken: In den Biotechnologien beispielsweise lag der US-Weltanteil 2023 noch bei rund 80 Prozent, in den Zukunftsfeldern Gesundheitswesen, Luft- und Raumfahrt, Mobilität und Nanotechnologien jeweils bei über 60 Prozent.

Tatsächlich ist der US-Weltanteil zwischen 2020 und 2025 in allen neun Zukunftsfeldern zurückgegangen, in den meisten Fällen sogar deutlich. Besonders stark fielen die Einbußen in den Energiesystemen und im Zukunftsfeld Ernährung aus. Lediglich in den Materialien und Nanotechnologien fielen die Rückgänge nur moderat aus. Zwar steigen auch in den USA die fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente in fast allen Feldern, doch die Wachstumsdynamik war insbesondere in China, aber auch in der EU in den letzten Jahren höher. Dies hat zu signifikanten Verschiebungen der weltweiten Anteile geführt hat.

Die hohe Forschungsdynamik Chinas zeigt sich darin, dass das Land seinen Weltanteil zwischen 2020 und 2025 in allen neun Zukunftsfeldern ausbauen konnte. Der größte Sprung erfolgte in den Energiesystemen, in denen Chinas Anteil um mehr als 40 Prozentpunkte auf über 60 Prozent gestiegen ist – China hat damit einen klaren Vorsprung vor den USA erreicht. Auch im Zukunftsfeld Ernährung führt China inzwischen vor den USA. Sehr dynamisch entwickelte sich darüber hinaus die Luft- und Raumfahrt, die Industrie, das Gesundheitswesen und die Mobilität.

Auf Ebene der Anwendungstechnologien zeigen sich die traditionellen deutschen Stärken in den Feldern Mobilität und Industrie: Bei den vernetzten Fahrzeugen erreicht Deutschland einen Weltanteil von 7,8 Prozent und auch in der Interaktion im Straßenverkehr (6,9 Prozent) und bei autonomen Straßenfahrzeugen (5,5 Prozent) ist Deutschland stark positioniert. In wichtigen Industrietechnologien wie Sensoren (6,4 Prozent), Industrierobotern (6,2 Prozent) und vernetzter Produktion (5,0 Prozent) erreicht Deutschland ebenfalls hohe Weltanteile.

Besonders hohe zweistellige Weltanteile erzielt Deutschland allerdings in einzelnen Gesundheits- bzw. Biotechnologien wie Impfstoffen, CAR-T, Hepatitis-Forschung und in der Immuntherapie. Diese starke Position ist den zahlreichen in Deutschland forschenden Pharma- und Biotechunternehmen wie z.B. Roche, Bayer und BioNTech zu verdanken.

Auf Ebene der Anwendungen ist die EU vor allem in Gesundheits- und Biotechnologien wie Impfstoffen, Hepatitis, CAR-T, Hörgeräten, COPD, Diabetes und Immuntherapien innovationsstark. In diesen Technologien erreicht die EU teils über 20 Prozent Weltanteil. Die absoluten Zahlen in Bezug auf fortgeschrittene digitale Weltklassepatente sind in diesen Technologien allerdings überschaubar, da die Digitalisierung in diesen Feldern grundsätzlich eine etwas geringere Rolle spielt als etwa in vielen Technologien der Zukunftsfelder Industrie und Mobilität.

Die zahlenmäßig größten Forschungsgebiete der EU sind Sensoren (2.160 fortgeschrittene digitale Weltklassepatente), Medtech (rund 1.990), Robotik (rund 1.210) und vernetzte Produktion (rund 1.150). In diesen Bereichen erreicht die EU jedoch nur Weltanteile zwischen 7 und 10 Prozent.

Positiv hervorzuheben sind einige wichtige Bereiche, in denen die EU zwischen 2020 und 2025 Marktanteile hinzugewinnen konnte. Zu nennen sind hier die vernetzten Fahrzeuge (+5,5 Prozentpunkte auf 13,2 Prozent, rund 680 Weltklassepatente), die Interaktionen im Straßenverkehr (+3,1 auf 10,1 Prozent, rund 940 Weltklassepatente) und die autonomen Straßenfahrzeuge (+2,2 auf 7 Prozent, rund 1030 Weltklassepatente). In diesen für die Zukunft der Mobilität relevanten Feldern haben europäische Automobilhersteller und -zulieferer wie Volkswagen und Bosch, Telekomunternehmen wie Ericsson, aber auch US-amerikanische Halbleiterunternehmen wie Qualcomm, Intel/Mobileye und Nvidia ihre Forschungsaktivitäten in der EU in den letzten Jahren deutlich ausgebaut.

Kritisch sind dagegen die Weltanteilsverluste im Bereich Energie. Bei intelligenten Stromnetzen hält die EU nur noch einen Weltanteil von 2,7 Prozent, bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung von 3,9 Prozent (–8,6 Prozentpunkte) und bei der Windenergie von 9,6 Prozent (–7,7 Prozentpunkte). Auch bei der Wasserstoffelektrolyse liegt der Weltanteil bei nur 6,7 Prozent (–8,3 Prozentpunkte).

Auf Ebene der Anwendungstechnologien ragen in den USA vor allem einzelne Gesundheits- und Biotechnologien heraus, in denen die USA sehr hohe Weltanteile bei den fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten halten: Ganz vorne liegt die Biotech-Technologie CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T-cell) mit einem US-Anteil an den globalen Weltklassepatenten von über 90 Prozent. CAR-T ist eine personalisierte Krebstherapie, bei der körpereigene Immunzellen des Patienten gentechnisch umprogrammiert werden, um Tumorzellen gezielt zu zerstören. KI und digitale Zwillinge unterstützen dabei die Identifikation von Zielantigenen, die Automatisierung der individuellen Zellherstellung sowie die personalisierte Vorhersage von Therapieansprechen und Nebenwirkungen.

Ähnlich stark schneiden die USA bei einigen weiteren Biotechnologien bzw. Technologien des Gesundheitswesens ab. Zu nennen sind hier Diabetes-Therapien und Operationsroboter (jeweils Weltanteil fortgeschrittene digitale Weltklassepatente von 84 Prozent), Immuntherapie (82 Prozent), CRISPR (80 Prozent), Impfstoffe (79 Prozent) sowie Computergestützte Chirurgie und Hepatitis (jeweils 76 Prozent). In den meisten dieser Spitzentechnologien sind die US-Weltanteile zudem über die letzten fünf Jahre nur moderat gesunken oder, wie bei Impfstoffen, sogar leicht gestiegen.

Die zahlenmäßig größten Forschungsgebiete in den USA sind weiterhin die Technologien Medtech (rund 11.200 fortgeschrittene digitale Weltklassepatente, 56 Prozent Weltanteil), Sensoren (rund 11.100, 51 Prozent) und autonome Straßenfahrzeuge (rund 8.250, 56 Prozent). Diese drei Felder kommen zusammen auf über 30.000 fortgeschrittene digitale Weltklassepatente. Allerdings ist in diesen wichtigen Feldern der US-Weltanteil in den letzten fünf Jahren deutlich gesunken (zwischen -10 und -20 Prozentpunkten).

Nur in einigen wenigen, vergleichsweise kleinen Technologien konnten die USA dagegen Weltanteile hinzugewinnen. Hierzu zählen etwa Elektroflugzeuge, IoT-Sensoren, Senkrechtstart-Flugzeuge und, wie bereits genannt, Impfstoffe.

Auf Ebene der Anwendungstechnologien zeigt sich, dass China besonders in der Digitalisierung der Energiesysteme eine Führungsrolle einnimmt. Bei den intelligenten Stromnetzen erreicht China mit mehr als 4.200 fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten einen Weltanteil von 73 Prozent – ein Anstieg um 47 Prozentpunkte gegenüber 2020. In folgenden Energietechnologien liegt Chinas Weltanteil ebenfalls über 50 Prozent: Wasserkraft (71 Prozent), Windenergie (68 Prozent), Energiespeicher (61 Prozent) und Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (54 Prozent). In Carbon Capture (50 Prozent) und Wasserstoffelektrolyse (48 Prozent) liegt der chinesische Anteil nur knapp darunter.

Auch in der fortgeschrittenen Digitalisierung in industriellen Anwendungstechnologien ist China ein Schwergewicht: Bei der vernetzten Produktion erreicht das Land 48 Prozent Weltanteil an den globalen Weltklassepatenten, bei der Robotik 33 Prozent und bei Industrierobotern 36 Prozent. Hervorzuheben ist außerdem Chinas Stärke im Zukunftsfeld Ernährung – bei der Präzisionslandwirtschaft beträgt Chinas Weltanteil 56 Prozent, bei der Trinkwasseraufbereitung sogar bei 69 Prozent.

Dank des rasanten Ausbaus der kommerziellen Raumfahrt hat China auch in der Luft- und Raumfahrt stark zugelegt. Bei Kosmonautik und Satellitentechnologien erreicht China mittlerweile einen Anteil an den globalen Weltklassepatenten von jeweils 46 Prozent.

Schwächer positioniert ist China in Gesundheits- und Biotechnologien: bei Operationsrobotern liegt der chinesische Weltanteil bei nur 3 Prozent, bei der computergestützten Chirurgie bei 5 Prozent, bei CAR-T und Stammzell-Umprogrammierung bei rund 7 Prozent und bei Impfstoffen, CRISPR, Biomarkern und Alzheimer-Forschung jeweils unter 10 Prozent.

Wie die EU insgesamt weist auch Deutschland Verbesserungsbedarf beim Thema fortschrittliche Digitalisierung auf. In fast allen vbw Zukunftsfeldern liegt der deutsche Weltanteil bei fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten tiefer als der Weltanteil bei allen Weltklassepatenten. Die einzigen Ausnahmen sind Nanotechnologien und Materialien. Insgesamt liegt Deutschlands Anteil an allen Weltklassepatenten weltweit in den vbw Zukunftsfeldern bei 6,5 Prozent. Bei den fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten in Anwendungstechnologien liegt der Anteil mit 4,7 Prozent deutlich darunter.

Der Vergleich der fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente mit allen Weltklassepatenten zeigt, dass die EU im Bereich fortgeschrittene Digitalisierung Nachholbedarf hat. In den meisten vbw Zukunftsfeldern liegen die Weltanteile bei den fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten unter den Weltanteilen für die gesamten Weltklassepatente. Besonders hoch ist die Diskrepanz in der Luft- und Raumfahrt und den Biotechnologien. Einzig bei den Nanotechnologien ist der Weltanteil bei den fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten höher und bei Materialien sind die Weltanteile auf gleicher Höhe.

Die deutlich tieferen Weltanteile im Bereich fortgeschrittene Digitalisierung sind problematisch, da diese Bereiche typischerweise Wachstumsmotoren innerhalb der Zukunftsfelder darstellen. Daher ist eine gute Forschungsposition in der fortgeschrittenen Digitalisierung wichtig für die zukünftigen Wachstumsaussichten.

Die sehr hohe Wettbewerbsfähigkeit der USA im Bereich fortgeschrittene Digitalisierung zeigt sich auch beim Vergleich der fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente mit allen Weltklassepatenten aus den USA in den vbw Zukunftsfeldern. In den meisten Zukunftsfeldern liegt der US-Weltanteil bei den fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten höher oder zumindest gleichauf mit dem entsprechenden US-Weltanteil an allen Weltklassepatenten. Besonders auffällig ist der hohe Weltanteil (51%) an digitalen Weltklassepatenten in den Mobilitätstechnologien.  Nur im Gesundheitswesen liegt der Weltanteil im Bereich fortgeschrittene Digitalisierung leicht tiefer als der US-Anteil an allen Weltklassepatenten.

Beim Vergleich der fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatente mit allen Weltklassepatenten aus China in den vbw Zukunftsfeldern ergibt sich keine klare Tendenz. In drei von neun Zukunftsfeldern (Gesundheitswesen, Energiesysteme, Luft- und Raumfahrt) liegt der chinesische Weltanteil bei den fortgeschrittenen digitalen Weltklassepatenten höher als bei den gesamten Weltklassepatenten. Bei den Zukunftsfeldern Industrie, Biotechnologien, Ernährung und Mobilität liegen die entsprechenden Anteile etwa gleichauf. Bei Nanotechnologien und Materialien ist China dagegen bei der Digitalisierung weniger stark positioniert als bei der sonstigen Spitzenforschung in diesen Feldern.

Die globale Verteilung der KI-Weltklassepatente bestätigt die eindeutige Führungsrolle der USA und Chinas: Beide Länder vereinen den überwiegenden Teil der KI-Spitzenforschung auf sich und liegen in allen Zukunftsfeldern auf den beiden Spitzenpositionen hinsichtlich der Zahl an KI-Weltklassepatenten. Während die USA bei der KI-Forschung in der Industrie, im Gesundheitswesen, in der Mobilität, in den Materialien, in den Biotechnologien und in der Nanotechnologie unverändert die Führung halten, liegt China bei den Energiesystemen, der Ernährung und bei der Luft- und Raumfahrt an der Spitze. Besonders ausgeprägt ist Chinas Vorsprung bei den Energiesystemen: Mit rund 4.100 KI-Weltklassepatenten kommt China auf rund 70 Prozent des globalen Bestands in diesem Feld. Diese Konzentration spiegelt die strategische Priorität wider, die Peking dem Zusammenspiel von KI und Energie einräumt. Im September 2025 verabschiedeten die National Development and Reform Commission und die National Energy Administration ein Programm zur beschleunigten Integration von KI in das Energiesystem, das den Einsatz von spezialisierten großen Sprachmodellen in Stromnetzen, Erzeugung und fossilen Energieträgern vorsieht. Ziele des Programms sind die Verbesserung der Netzsicherheit sowie eine möglichst effiziente Integration erneuerbarer Energien.

In der Luft- und Raumfahrt hat China im Update-Zeitraum die USA mit rund 1.940 zu 1.820 KI-Weltklassepatenten erstmals knapp überholt. Dahinter steht vor allem der rasante Ausbau der chinesischen kommerziellen Raumfahrt. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Integration von KI direkt in die Satellitenhardware: Im Mai 2025 brachte China die ersten zwölf Satelliten der „Three-Body”-Konstellation in den Orbit, die KI-Modelle direkt auf der Satellitenhardware betreiben. Damit lassen sich Erdbeobachtungsdaten autonom an Bord analysieren, das Datenvolumen für bestimmte Aufgaben reduzieren und Reaktionszeiten – etwa bei der Erkennung von Waldbränden – drastisch verkürzen.

In der EU dominiert Deutschland: Auf das Land entfallen je nach Zukunftsfeld zwischen 33 und 54 Prozent der KI-Weltklassepatente der EU in den vbw Zukunftsfeldern. Bayern liegt bei den KI-Weltklassepatenten in den Zukunftsfeldern im globalen Ländervergleich auf Platz 10 knapp hinter Grossbritannien und Israel, aber vor Frankreich, der Schweiz und den Niederlanden. Die Zahl der KI-Weltklassepatente aus Bayern ist zwischen 2020 und 2025 von 370 auf fast 1.150 Stück gestiegen (+25.4 Prozent pro Jahr). Das Wachstum lag damit nur leicht unter dem weltweiten Schnitt in diesem Zeitraum. Bayern verfügt im relativen Vergleich insbesondere im Gesundheitswesen über viele KI-Aktivitäten (417 Weltklassepatente, Weltanteil 2,1 Prozent). Dies ist insbesondere den zahlreichen Weltklassepatenten von Siemens Healthineers in diesem Bereich zu verdanken. In den Zukunftsfeldern Industrie (514, 1,7 Prozent), Mobilität (340, 1,8 Prozent) und Biotechnologien (93, 1,7 Prozent) liegt der bayerische Weltanteil etwas tiefer. Kaum eine Rolle spielt Bayern bei der KI-Spitzenforschung in den Feldern Energiesysteme, Ernährung und Nanomaterialien (Weltanteil jeweils unter einem Prozent).

Generative KI ist ein besonders dynamischer Teilbereich der künstlichen Intelligenz und hat in den letzten beiden Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen.

Drei technologische Trends haben die generative KI seit 2024 geprägt. Erstens setzte 2024 der Übergang zu multimodalen Modellen ein, die Text, Bilder, Audio, Video und Code in einem System verarbeiten können (z.B. GPT-4o, Gemini, Claude 3). Zweitens kamen Ende 2024 mit OpenAIs o1-Serie sogenannte Reasoning-Modelle auf, die komplexe Probleme schrittweise „durchdenken”. Sie haben zu deutlichen Leistungssprüngen in wissenschaftlich-mathematischen Aufgaben geführt. Der dritte Trend ist der Aufstieg der sogenannten agentischen KI: Systeme, die selbstständig planen, mehrstufige Aufgaben ausführen und ihr Verhalten auf Basis von Echtzeit-Rückmeldungen anpassen. Industrieanwendungen zeichnen sich bereits ab: Siemens und NVIDIA bauen ab 2026 in der Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen die weltweit erste vollständig KI-gesteuerte adaptive Fertigung auf, in der KI-Systeme Produktionsplanung, -optimierung und Wartung autonom orchestrieren.

Die Zahl der weltweiten auf generativer KI basierenden Weltklassepatente in den vbw Zukunftstechnologien hat sich allein zwischen 2023 und 2025 von etwa 1.500 auf fast 3.200 mehr als verdoppelt. Damit stieg der Anteil der generativen KI an allen KI-basierten Weltklassepatenten in den Zukunftsfeldern 2025 auf 4.4 Prozent, im Jahr 2023 hatte dieser Anteil bei 3.2 Prozent, im Jahr 2020 sogar nur bei 2.0 Prozent gelegen.

Die Zahl der weltweiten Weltklassepatente im Quantum Computing in den Anwendungstechnologien der vbw Zukunftsfelder hat sich von 161 im Jahr 2015 auf 622 im Jahr 2025 fast vervierfacht.

Die Quantum-Computing-Forschungsaktivitäten sind auf verschiedene Zukunftsfelder verteilt. Die meisten Weltklassepatente entfallen auf das Zukunftsfeld Industrie (329 Stück), gefolgt von Biotechnologie (121), Materialien (114), Mobilität (110) und Gesundheitswesen (108). In den anderen Zukunftsfeldern ist die Zahl der Quantum Computing-basierten Weltklassepatente noch überschaubar.

Diese Verteilung der Forschungsaktivitäten spiegelt eine typische Anwendung von Quantencomputern wider: die Simulation der elektronischen Struktur von Molekülen und Festkörpern, die klassischen Computern auch bei höchstem Rechenaufwand nur näherungsweise gelingt. Konkrete Anwendungsfelder reichen von Katalysatoren über Batteriematerialien bis zu Supraleitern. BMW forscht beispielsweise bereits seit 2021 zusammen mit Airbus und Quantinuum an der Simulation der Sauerstoffreduktionsreaktion in Brennstoffzellen-Katalysatoren. Im November 2025 wurde die Zusammenarbeit zu einer mehrjährigen Partnerschaft erweitert, in deren Rahmen BMW Zugang zu den neuesten Quantinuum- Quantencomputern gehört. Im Bereich Gesundheitswesen bzw. Biotechnologie haben AstraZeneca, IonQ, AWS und NVIDIA im Juni 2025 eine signifikante Beschleunigung der Berechnungszeit für eine zentrale Reaktion in der Wirkstoffsynthese kleiner Moleküle demonstriert. Solche Fortschritte könnten die Entwicklungszeiten neuer Medikamente verkürzen.

Bei der Länderverteilung der Weltklassepatente liegen die USA klar vorne. Die USA verfügen über fast 400 Quantum-Computing-Weltklassepatente in den Anwendungstechnologien. Mit deutlichem Abstand folgen China (107) und die EU (100). Deutschland ist innerhalb der EU für mehr als ein Drittel der Weltklassepatente in Anwendungstechnologien verantwortlich.

Bayern verfügt über 7 Quantum-Computing-Weltklassepatente in den Anwendungstechnologien, davon 4 im Zukunftsfeld Industrie. Bemerkenswert ist die Breite: Bayern hat in acht der neun vbw Zukunftsfelder mindestens ein Quantum-Computing-Weltklassepatent. Der bayerische Chip-Hersteller Infineon entwickelt beispielsweise im Rahmen einer im November 2024 geschlossenen strategischen Partnerschaft mit Quantinuum die nächste Generation von Ionenfallen-Chips, die das Herzstück von Quantinuums Quantenprozessoren bilden – mit dem Ziel, Fortschritte in Materialwissenschaft, generativer Chemie und künstlicher Intelligenz zu ermöglichen. Diese industriellen Aktivitäten werden flankiert durch die umfangreiche akademische Forschungslandschaft. Im Munich Quantum Valley forschen die führenden bayerischen Universitäten, das Max-Planck-Institut und zahlreiche Partner aus der Industrie an Quanten-Hardware (Supraleiter, neutrale Atome, Ionenfallen) Algorithmen und Anwendungen.

Quantum Computing ist nicht die einzige relevante Quantentechnologie. Auch in anderen Quantumtechnologien wie Quantum Sensing, Quantum Communication, Quantum Encryption oder Kombination aus Quantum Computing und künstlicher Intelligenz gibt es Weltklassepatente, die in den vbw Anwendungstechnologien eine Rolle spielen. Während Quantum Computing auf die Berechnung und Verarbeitung von Informationen mit Hilfe von Qubits zielt, nutzen die anderen Felder Quantenphänomene für Messung, Übertragung oder Sicherung von Information. Methodisch sind die Felder teilweise verwandt – etwa teilen sich Quantum Computing und Quantenverschlüsselung Hardwareelemente wie supraleitende Schaltungen oder Photonen-Detektoren.

Die Quantensensorik ist eine bereits seit Jahren in verschiedenen Anwendungen etablierte Technologie, die etwa in MRT-Geräten, Gravimetern und Atomuhren industriell eingesetzt wird. Die Zahle der Quantensensorik-Weltklassepatente in Anwendungstechnologien ist zwischen 2015 und 2025 von etwa 1.300 auf knapp 1.900 gewachsen. Die Wachstumsdynamik war somit nicht sehr hoch mit einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 4,3 Prozent.

Die Quantenkommunikation hat zwischen 2015 und 2025 von einem niedrigen Niveau (knapp 70 Weltklassepatente) auf rund 350 Patente zugelegt. Hinter diesem hohen Wachstum stehen große staatliche Infrastrukturprojekte: In China gehört das rund 2.000 Kilometer lange Peking-Shanghai-QKD-Backbone seit 2017 zu den weltweit größten realisierten Quantenkommunikationsnetzen. In Europa entsteht mit der European Quantum Communication Infrastructure (EuroQCI) ebenfalls ein grosses staatliches Quantenkommunikationsprojekt. EuroQCI soll sensible Daten und kritische Infrastrukturen wie Regierungsbehörden, Krankenhäuser und Energienetze über eine physikalisch abgesicherte Quantenkommunikationsebene schützen und gilt als wichtiger Baustein der EU-Cybersicherheitsstrategie.

Noch etwas kleiner hinsichtlich der Patentzahlen, aber mit hoher Dynamik entwickeln sich die Kombination aus Quantum Computing und KI sowie die Quantenverschlüsselung. Die Zahl der Weltklassepatente, welche sowohl Quantum Computing als auch KI in den Anwendungstechnologien einsetzen hat von weniger als 20 Weltklassepatenten im Jahr 2015 in auf 175 im Jahr 2025 zugelegt. Das Potenzial von Quantum Computing / KI liegt vor allem dort, wo klassische Machine-Learning-Verfahren an Grenzen stoßen: bei der Modellierung quantenmechanischer Systeme – etwa in der Wirkstoffentwicklung und Materialforschung – oder bei komplexen Optimierungsproblemen. Die Verzahnung von Quantum Computing mit künstlicher Intelligenz dürfte daher in den kommenden Jahren weiter an Bedeutung gewinnen. In der Quantenverschlüsselung stieg die Zahl der Weltklassepatente in den Anwendungsfeldern im gleichen Zeitraum von knapp 20 auf über 120. Sie gilt als Schlüsseltechnologie zum Schutz besonders schützenswerter Daten gerade angesichts der zukünftigen Bedrohung klassischer Verschlüsselungsverfahren durch leistungsfähige Quantencomputer.