22.06.2023

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

Microsoft ist nun in der Lage, sogenannte Majorana-Fermionen zu erzeugen. Dies sei ein erster "Step" in Richtung "Quanten-Supercomputer".
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Quanten-Supercompter, Mocrosoft, qubits
(c) Microsoft - Illustrativer Aufbau des Quanten-Supercomputers von Microsoft in einem Azure-Datenzentrum.

Im Rahmen seiner virtuellen Konferenz „Azure Quantum: Accelerating Scientific Discovery“ gab Microsoft bekannt, einen grundlegenden Durchbruch in der Physik geschafft zu haben. Dafür hat das Unternehmen die von Fachleuten geprüften Daten in einer Zeitschrift der „American Physical Society“ vorgelegt. Der US-Konzern habe damit „den ersten Meilenstein“ auf dem Weg zu einem Quanten-Supercomputer erreicht und sei nun in der Lage, sogenannte Majorana-Fermionen zu erzeugen und zu kontrollieren und damit auf dem Weg, ein neues, hardwaregeschütztes Qubit (in der Quanteninformatik, die Grundlage für Quantencomputer) zu entwickeln.

Quanten-Supercomputer: „Eher in Jahren statt Jahrzehnten“

Krysta Svore, Microsofts Vizepräsidentin für fortgeschrittene Quantenentwicklung, erzählte Techcrunch, dass das Unternehmen glaubt, dass es weniger als zehn Jahre dauern wird, um einen Quanten-Supercomputer mit diesen Qubits zu bauen – der zuverlässig eine Million Quantenoperationen pro Sekunde durchführen kann. Dies sei eine neue Messgröße, die Microsoft einführe, da die gesamte Branche bestrebt ist, die derzeitige Ära des lauten Quantencomputers im mittleren Maßstab (NISQ) zu überwinden. „Wir denken über unseren Fahrplan und die Zeit bis zum Quanten-Supercomputer eher in Jahren als in Jahrzehnten“, so Svore.

Stabilität als Vorteil

Majorana-Qubits haben den Vorteil, dass sie sehr stabil sind (vor allem im Vergleich zu herkömmlichen Techniken), aber auch extrem schwierig zu erzeugen. Die von Experten begutachtete Arbeit belegt, dass Microsoft diesen ersten „Milestone“ auf dem Weg zu einem Quanten-Supercomputer tatsächlich erreicht hat. Um zu diesem Punkt zu gelangen, hat das US-Unternehmen Ergebnisse von mehr Geräten und weitaus mehr Daten vorgelegt als vor einem Jahr, als es diese Arbeit erstmals ankündigt hatte.

Qubits und Code

„Heute befinden wir uns wirklich auf dieser grundlegenden Implementierungsebene“, so Svore weiter bei Techcrunch. „Wir haben lärmende Quantenmaschinen in mittlerem Maßstab. Sie basieren auf physikalischen Qubits und sind noch nicht zuverlässig genug, um etwas Praktisches oder Nützliches zu leisten. Weder für die Wissenschaft noch für die kommerzielle Industrie. Die nächste Stufe, die wir als Industrie erreichen müssen, ist die der Widerstandsfähigkeit. Wir müssen in der Lage sein, nicht nur mit physikalischen Qubits zu arbeiten, sondern diese physikalischen Qubits mit einem fehlerkorrigierenden Code zu versehen und sie als eine Einheit zu verwenden, die als logisches Qubit dient.“

Quanten-Supercomputer: Multiqubit-System als Ziel

Um diesen Punkt zu erreichen, brauche man einen Quantencomputer, der diese „eine Million zuverlässigen Quantenoperationen pro Sekunde“ und eine Fehlerrate von „einer pro Billion Operationen“ durchführen könne. Konkretes Ziel ist es, ein kleineres Multiqubit-System zu bauen und ein vollständiges Quantensystem zu demonstrieren.

Azure Quantum Elements und Copilot for Azure Quantum

Microsoft hat zudem nicht nur diese Roadmap vorgestellt, sondern auch „Azure Quantum Elements“, eine Plattform zur Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen durch die Kombination von Hochleistungscomputern, KI und Quantenphysik, sowie „Copilot for Azure Quantum“, ein speziell trainiertes KI-Modell, das Wissenschaftler:innen bei der Erstellung von Berechnungen und Simulationen im Quantenbereich helfen soll.

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KI-Zentrum Wien
Christian Helmenstein; Chefökonom der Industriellenvereinigung | © IV.

Ende Oktober schlug die Bundesregierung vor, ein internationales KI-Zentrum in Wien anzusiedeln. Es soll unter dem Dach der UNO stehen und Staaten, Wissenschaft und Wirtschaft zusammenbringen, um das Potenzial von KI auszuloten, ihre Risiken zu erforschen und gemeinsame Standards zu entwickeln.

KI als emotionales Thema

Eine Umfrage unter Österreichs KI-Experten zeigte größtenteils Zustimmung – siehe hier -, aber auch Kritik und mahnende Worte zur richtigen Vorgangsweise bei solch einem Vorhaben.

KI-Zentren, besonders Rechenzentren, stoßen global auf starke Ablehnung, benötigen sie doch enorme Mengen an Strom, Wasser und Flächen. Der Stern schrieb jüngst im Artikel mit dem Namen „Sie bauen Monster in unsere Landschaften“: „In Ohio sind es die neuen Schimpfwörter: Meta, Amazon, xAI, Google, OpenAI“. Darin wurden Rechenzentren als großes Politikum in den USA beschrieben und es wurde gezeigt, wie Anrainer:innen gegen solche Pläne ankämpfen.

In Österreich formierte sich Widerstand gegen das von Google geplante Datenzentrum in Kronstorf, wie der ORF in seiner Dokumentation „Google an der Enns: Der Streit ums Rechenzentrum“ Mitte September zeigte. Auch brutkasten fing damals Stimmen ein, die von „Standort-Fortschritt“ bis hin zu „Vasall Europa“ sprachen.

Bei dem Vorschlag hier handelt es sich explizit nicht um ein Datenzentrum, sondern um einen: „Ort, an dem Menschen aus der ganzen Welt gemeinsam daran arbeiten, das Potenzial von KI auszuloten, ihre Risiken zu verstehen und ihre Zukunft mitzugestalten“, wie Bundeskanzler Christian Stocker (ÖVP) per Aussendung mitteilte.

Christian Helmenstein, Chefökonom der Industriellenvereinigung, sieht in diesem Sinne in Künstlicher Intelligenz eine Schlüsseltechnologie unserer Zeit und erläutert, welche Rolle Österreich künftig dabei spielen könnte.


brutkasten: Herr Helmenstein, wie stehen Sie zu diesem Vorschlag der Bundesregierung ein internationales KI-Zentrum unter dem Dach der UNO nach Wien zu bringen?

Helmenstein: Die Initiative der Bundesregierung halte ich für einen ausgesprochen aussichtsreichen Vorstoß. Künstliche Intelligenz ist eine globale Schlüsseltechnologie, die nicht nur unsere Arbeitswelt, sondern unsere gesamte Lebensrealität durchdringen wird und weder an Staats- noch an Branchengrenzen haltmacht. Ein solches Zentrum sollte dazu beitragen, die Risiken besonders leistungsfähiger KI-Modelle beherrschbar zu machen, zugleich aber helfen, ihre politischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Chancen zu erschließen.

Als einer von vier Amtssitzen der Vereinten Nationen bietet Wien dafür hervorragende Voraussetzungen und kann sein Profil als Standort internationaler Organisationen weiter schärfen. Hier hat auch die Internationale Atomenergie-Organisation ihren Sitz, die in der Debatte über eine globale KI-Aufsicht wiederholt als Vorbild genannt wird. Sie verbindet seit Jahrzehnten die Kontrolle einer Hochrisikotechnologie mit der Förderung ihrer friedlichen Nutzung. Genau an diesem Doppelmandat sollte sich auch ein KI-Zentrum orientieren.

Institutionell bewegt sich die Initiative allerdings in einem Spannungsfeld zweier Taktfrequenzen: Neue KI-Modellgenerationen folgen einander im Abstand weniger Monate, internationale Vereinbarungen reifen über Jahre. Wer das eine Tempo mit dem anderen verwechselt, schreibt Regeln für die Technologie von gestern. Ein KI-Zentrum muss daher mit dem Innovationstempo Schritt halten können.

Welche Bedeutung hätte das für den Standort Wien und Österreich?

Ein solches Zentrum wäre ein erheblicher strategischer Standortgewinn. Österreich wird realistischerweise nicht zu den weltweit führenden Entwicklungsstandorten großer KI-Basismodelle (Foundation Models) wie beispielsweise LLMs zählen. Dieses Rennen entscheiden Volkswirtschaften mit anderen Kapital- und Rechenkapazitäten. Sehr wohl aber kann Österreich international eine führende Rolle dabei spielen, KI sicher und produktiv nutzbar zu machen.

Und die Rolle von Wien konkret?

Wien könnte sich als Knotenpunkt für KI-Governance, KI-Anwendungen und den damit verbundenen Technologietransfer etablieren. Der eigentliche wirtschaftliche Mehrwert entsteht allerdings nicht durch das Türschild einer weiteren internationalen Institution, sondern durch die Forschungsprojekte, Investitionen und Kooperationen, die sie auslöst. Ein Zentrum, das nur tagt, belebt den Kongresstourismus. Ein Zentrum, das prüft, forscht und Anwendungen begleitet, zieht internationale Spitzenkräfte, Forschungseinrichtungen sowie innovative Unternehmen und damit Wertschöpfung an.

Das Thema „Rechenzentren“ wird oftmals emotional und kontrovers diskutiert: Gibt es Einwände gegen das KI-Zentrum?

Gegen die Zielsetzung per se nicht, wohl aber gegen eine Umsetzung ohne klares Profil. Das Feld ist zum Teil bereits besetzt, auch innerhalb der UNO, die erst im Vorjahr ein wissenschaftliches KI-Panel und einen globalen Dialog über KI-Governance eingerichtet hat. Genf, Sitz der Internationalen Fernmeldeunion und im Juli Gastgeber der ersten Dialogrunde, ist ein ernstzunehmender Mitbewerber. Ein Wiener Zentrum braucht daher ein eindeutig abgegrenztes Mandat mit operativem Zusatznutzen.

Gerade die Einbettung in die UNO bietet dabei eine besondere Chance. Die EU hat mit dem AI Act ihr Hauptaugenmerk auf Regulierung gelegt und die Fristen für Hochrisikosysteme inzwischen verschoben, unter anderem, weil die notwendigen technischen Standards noch nicht vorlagen. Die UNO kann demgegenüber zusätzlich die Perspektive der Entwicklungs- und Schwellenländer einbringen und den Zugang zu KI sowie ihren Nutzen für die wirtschaftliche Entwicklung stärker in den Vordergrund stellen.

Was bedeutet das für den Umgang mit den KI-Großmächten?

Darin liegt auch ein Schlüssel, um die führenden KI-Nationen einzubinden, allen voran die USA und China. Sie gewinnt man durch den erkennbaren Nutzen gemeinsamer Standards, nicht durch zusätzliche Auflagen allein. Wir brauchen internationale Sicherheitsstandards, aber keine internationale Innovationsbremse.

Was müsste Wien konkret tun, um sich als Zentrum für die Entwicklung und praktische Anwendung von KI zu positionieren? Und auch um praxisnahe Anwendungen in Wirtschaft und Verwaltung einzubringen?

Vielversprechend wäre es, an vorhandene Kompetenzen in Wien anzuknüpfen. Mit der UNIDO ist bereits eine UNO-Organisation ansässig, die sich intensiv mit dem Einsatz von KI für nachhaltige industrielle Entwicklung beschäftigt. Sie betreibt gemeinsam mit Partnern in Shanghai ein KI-Exzellenzzentrum für Industrie und Produktion, das den Technologietransfer in Entwicklungsländer unterstützt, und treibt zugleich im eigenen Haus die Nutzung von KI voran.

Economica unterstützt die UNIDO bei der praktischen Implementierung von KI in ihren Arbeitsabläufen. Aus dieser Zusammenarbeit wissen wir, welch hoher Stellenwert konkreten Anwendungen über die grundsätzlichen Fragestellungen hinaus zukommt. Dabei bestätigt sich: Auch im öffentlichen Sektor hängt die Akzeptanz von KI davon ab, dass Prozessänderungen erklärt werden und sensible Daten unter eigener Kontrolle bleiben. Ein Wiener KI-Zentrum könnte daher eine besonders wertvolle Brücke schlagen: zwischen globaler Governance, technologischer Innovation und ihrer praktischen Umsetzung in Unternehmen und öffentlicher Verwaltung.

Was bedeutet das schlussendlich für eine mögliche Ausrichtung des Zentrums?

Konkret hieße das, Sicherheitsstandards nicht nur zu formulieren, sondern an realen Anwendungen zu erproben und bewährte Lösungen in jene Länder zu tragen, denen dafür die Kapazitäten fehlen. Die besondere Chance Wiens liegt darin, zwei Welten zusammenzubringen, die einander bislang zu selten begegnen: die internationale Verständigung über die Spielregeln der KI und ihre konkrete Anwendung zur Steigerung von Produktivität, Wertschöpfung und Wohlstand. Regeln ohne Anwendung bleiben Papier. Anwendung ohne Regeln verspielt Vertrauen.

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Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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Welche gesellschaftspolitischen Auswirkungen hat der Inhalt dieses Artikels?

Die Entwicklung eines Quanten-Supercomputers hat das Potenzial, großen Einfluss auf verschiedene Bereiche der Gesellschaft zu haben, wie beispielsweise Medizin, Finanzen, Energiesektor, Logistik und mehr. Mit der Fähigkeit, komplexe Berechnungen in kürzester Zeit durchzuführen, könnten große Fortschritte in der Wissenschaft und Technologie erzielt werden. Auf der anderen Seite birgt der Fortschritt der Quantencomputertechnologie auch Herausforderungen im Hinblick auf Sicherheit und Datenschutz, die angegangen werden müssen.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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Welche wirtschaftlichen Auswirkungen hat der Inhalt dieses Artikels?

Es wird erwartet, dass Microsoft innerhalb der nächsten Dekade einen Quanten-Supercomputer mit einer neuen Messgröße – einer Million zuverlässigen Quantenoperationen pro Sekunde – baut. Dies wird voraussichtlich zu einer signifikanten wirtschaftlichen und technologischen Veränderung führen und die Möglichkeiten für zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsprojekte eröffnen. Die Einführung von Azure Quantum Elements und Copilot for Azure Quantum zeigt, dass Microsoft sich aktiv bemüht, die Nutzung von Quantencomputern in der Industrie und Wissenschaft zu beschleunigen und voranzutreiben.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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Welche Relevanz hat der Inhalt dieses Artikels für mich als Innovationsmanager:in?

Als Innovationsmanager:in sollten Sie sich über den Fortschritt in der Quanten-Computertechnologie im Allgemeinen und Microsofts Fortschritte auf diesem Gebiet im Besonderen im Klaren sein. Microsoft hat durch die Vorgehensweise von Majorana-Fermionen einen bedeutenden Durchbruch erzielt und arbeitet daran, einen Quanten-Supercomputer zu bauen, der in der Lage ist, eine Million Quantenoperationen pro Sekunde auszuführen. Dieser Fortschritt könnte die Art und Weise, wie wir Probleme angehen und lösen, revolutionieren, insbesondere für komplexe und umfangreiche Datensätze und Simulationen, was vielfältige Herausforderungen und Möglichkeiten im Bereich der Innovation bietet.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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Welche Relevanz hat der Inhalt dieses Artikels für mich als Investor:in?

Microsoft gibt bekannt, dass das Unternehmen auf dem Weg ist, einen Quanten-Supercomputer mit Qubits zu entwickeln, die zuverlässig eine Millionen Quantenoperationen pro Sekunde durchführen können. Das Unternehmen sieht den Zeitrahmen für die Entwicklung eines solchen Quanten-Supercomputers eher in Jahren als in Jahrzehnten. Dieser Fortschritt könnte langfristig große Auswirkungen auf verschiedene Branchen haben, insbesondere in Bereichen, die von schnelleren und leistungsfähigeren Rechenleistungen profitieren. Als Investor:in sollten Sie diese Entwicklung verfolgen, da sie die Zukunft der Technologie verändern könnte.

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Welche Relevanz hat der Inhalt dieses Artikels für mich als Politiker:in?

Als Politiker:in kann der Fortschritt in der Entwicklung von Quanten-Supercomputern von Microsoft von großer Bedeutung sein. Diese könnten in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Lösung komplexer Probleme in Bereichen wie der Forschung, Kryptographie und Datenanalyse spielen. Die Fähigkeit, Millionen von Quantenoperationen pro Sekunde durchzuführen, könnte auch große Auswirkungen auf die Geschwindigkeit und Effizienz von Berechnungen haben, die für Regierungsbehörden von Bedeutung sind. Es ist daher wichtig, über die Entwicklung solcher Technologien auf dem Laufenden zu bleiben und zu verstehen, wie sie unsere Politik und Gesellschaft beeinflussen könnten.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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Was könnte das Bigger Picture von den Inhalten dieses Artikels sein?

Microsoft hat einen grundlegenden Durchbruch in der Physik erzielt, indem es sogenannte Majorana-Fermionen erzeugt und kontrolliert hat. Dieser Durchbruch bringt Microsoft einen Schritt näher an die Entwicklung von Quanten-Supercomputern, die in der Lage sind, Millionen von Quantenoperationen pro Sekunde auszuführen. Das Unternehmen behauptet, dass es weniger als zehn Jahre dauern wird, um einen solchen Quanten-Supercomputer zu bauen. Microsoft hat auch eine Plattform namens Azure Quantum Elements eingeführt, die die Kombination von Hochleistungscomputern, KI und Quantenphysik zur Beschleunigung wissenschaftlicher Entdeckungen ermöglicht.

Microsoft verspricht Quanten-Supercomputer innerhalb der nächsten Dekade

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