23.04.2018

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

Interview. Der Quantencomputer könnte für die Artificial Intelligence einen massiven Schritt bedeuten. Die Frage ist: Wann wird er so weit sein?
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Quantencomputer
(c) fotolia.com - Sergey Tarasov

Alexander Glätzle begann seine Forschungen der Theoretischen Quantenphysik am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation an der Universität Innsbruck. Sein Projekt zum Thema Quantum Enhanced Maschine Learning brauchte ihm den ersten Platz beim Demo-Day der I.E.C.T. Summer School on Entrepreneuship 2017 ein und führte ihn schließlich nach Oxford, wo er heute in der Grundlagenforschung zu Quanten-Simulatoren und Quanten-Rechnern arbeitet. Im Interview beantwortete er uns ein paar Fragen über den Quantencomputer und seine zukünftigen Möglichkeiten für die Artificial Intelligence.

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Die erste Frage zur Orientierung. Wie arbeiten Quantencomputer und was können sie heute?

Quantencomputer basieren – wie der Name sagt – auf den Prinzipien der Quantenmechanik die sich grundlegend von der klassischen Physik unterscheidet und erfolgreich die Eigenschaften und Dynamik von Atomen, Elektronen und Photonen beschreibt. In gewohnten klassischen Computern besteht der Speicher aus Bits, die entweder den Wert Null oder Eins annehmen können. Quanten-Bits – kurz Qubits – können dagegen beide Zustände gleichzeitig annehmen und sich quantenmechanisch „verschränken“. Eine sehr fragile Eigenschaft, die nur in der Quantenwelt, bei sehr kalten Temperaturen und atomaren Teilchen, vorkommt. Die Rechenleistung würde damit exponentiell steigen – zumindest theoretisch –, denn ein Quantencomputer kann jeden Rechenschritt mit sämtlichen Zuständen zur gleichen Zeit durchführen. Das bedeutet nicht, dass Quantencomputer herkömmlichen Rechnern grundsätzlich überlegen sind. Aber die Hoffnung ist, dass sie viele hochkomplexe Aufgaben weitaus schneller lösen als herkömmliche Super-Rechner oder für manche heute nicht lösbaren Problem, überhaupt erst eine Lösung ermöglichen.

Alexander Glätzle

Allerdings machen es gerade diese beiden Eigenschaften, die den Quantencomputer so stark machen, auch unglaublich schwierig, Qubits zu kontrollieren und herzustellen. Das außerordentliche Potential von Quantencomputern gibt es nur, wenn es gelingt die Quantenzustände vor thermischen Fluktuationen und Strahlung zu schützen. 2012 wurden Serge Haroche und David Wineland mit dem Nobelpreis ausgezeichnet für ihre bahnbrechenden Ideen einzelnen Atome und Ionen zu fangen und so zu kontrollieren, so dass sie Quanteneigenschaften zeigten.

Was die Anzahl der Qubits betrifft gibt es zwei unterschiedliche Richtungen. Die eine Richtung fokussiert sich darauf ein paar wenige Qubits perfekt zu kontrollieren und dann upzuscalen. So wurden zum Beispiel in Innsbruck mit Ionen bereits voll funktionsfähige Quantencomputer mit 4 – 8 Qubits gebaut, die darauf optimiert sind, Quanteneffekte für besonders lange Zeit aufrecht zu halten. Vor kurzem wurden auf der CES von IBM und Intel zwei Prototypen mit 50 bzw. 49 Qubits vorgestellt. Die andere Richtung verfolgt zum Beispiel D-Wave: Eine analoge Maschine mit über 2000 Qubits, die speziell für Optimierungsprobleme ausgelegt ist. Volkswagen nutzte diese D-Wave Maschine kürzlich erfolgreich für Verkehrsoptimierung. Allerdings sind sich Experten uneins, ob es sich wirklich um einen Quanten- oder doch nur einen starken klassischen Optimierer handelt.

Was kann man mit 50 Qubits machen?

Das ist gerade besonders spannend in Hinblick auf der Jagd nach „Quantum supremacy“, einer etwas nebulösen theoretischen Grenze, an der klassische Computer nicht mehr mithalten können. Das hängt natürlich auch davon ab, wie gut der beste klassische Algorithmus ist, von der Qualität der Qubits und der tiefe der Gates. Daher wird das wohl eine bewegliche Linie sein, über die man sicher diskutieren wird.

Es ist aber ziemlich sicher, dass dies keine Probleme sein werden wie Verschlüsselungen knacken oder pharmazeutisch motivierte Anwendungen – dazu reicht die Anzahl der kohärenten Qubits noch nicht aus– , sondern abstrakte Probleme bei denen nicht die Antwort im Vordergrund steht sondern das Device selbst. Aber nicht nur der Quanten-speed-up scheint exponentiell zu sein, sondern auch der experimentelle Fortschritt. Wir erleben gerade sehr spannende Zeiten.

Welche Auswirkung könnte Quantencomputing auf die Entwicklung der AI haben?

Eine Herausforderung, für die analogen Quantencomputer geradezu prädestiniert sind, ist Optimierungsaufgaben zu lösen. Mathematisch schauen alle Optimierungsaufgaben gleich aus: Die Aufgabe ist es, bildlich gesprochen, in einer bergigen Landschaft den Ort mit der geringsten Seehöhe zu finden, also den tiefsten Punkt. Dieser entspricht dann der optimalen Lösung des Problems. Stellen Sie sich vor, ein Hubschrauber setzt sie in Alaska aus, ohne Handy, GPS oder Karte und ihre Aufgabe ist es, den tiefsten Punkt zu finden. Schnell werden sie feststellen wie anstrengend das ist, da sie sehr viel Zeit und Energie brauchen um die Berge zu erklimmen um ins dahinter gelegene Tal zu blicken. So ähnlich würde ein klassischer Computer arbeiten. Wären Sie ein Quantencomputer, könnten Sie durch den Berg durchtunneln, ohne ihn zu besteigen und damit das Minimum schneller finden. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren auch Machine Learning und Artificial Intelligence.

Während angenommen wird, dass general-purpose quantum computing noch ein paar Jahrzehnte entfernt ist, sind solche speziellen Anwendungen möglicherweise bald in Reichweite. Quanten Machine learning gehört da sicher dazu und könnte das spannende Feld von künstlicher Intelligenz noch mehr befeuern.

Wann könnten erste Quantenkonzepte für AI anwendbar sein?

Die größten Hardware-Herausforderungen sind sicher die Qualität der Qubits und ihre Skalierbarkeit. Es ist sehr schwer abzuschätzen, wenn Quanten-Technologie für Machine Learning relevant wird und auch tatsächlich einen Vorteil bringt. Betrachtet man das explosionsartige Interesse der Industrie und Startups an Quantentechnologie in den letzten paar Jahren gibt es Anzeichen, dass es möglicherweise nur noch ein paar Jahre statt Jahrzehnte dauern wird. Das spüren auch die Strategieabteilungen großer Firmen, die mit Respekt alle disruptiven Entwicklungen beobachten. Wie bei allen exponentiellen Entwicklungen sollte man sich bewusst sein, dass der Impact von Quantentechnologie möglicherweise so groß ist, dass der first-mover Vorteil alle anderen überrennt. Momentan gilt das alte Sprichwort: high risk, high gain.

⇒ Zur Page des Physik-Departments der Uni Oxford

Dieses Interview erschien in gedruckter Form im aktuellen Brutkasten Magazin #6

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(c) pollak

Die ViennaUP 2024 steht in ihren Startlöchern und damit auch der Connect Day 24, der auch dieses Jahr traditionsgemäß als größte Networking-Veranstaltung des Startup-Festivals am 4. Juni in Wien über die Bühne gehen wird. Zur Größenordnung: Letztes Jahr zählte der Connect Day über 1000 Teilnehmer:innen – darunter 200 Investor:innen. Zudem gab es unter den teilnehmenden Startups, Corporates und Investor:innen über 1500 Matchmaking-Meetings (brutkasten berichtete).

Und auch für dieses Jahr bietet die Austria Wirtschaftsservice GmbH (aws) als Veranstalterin wieder ein umfangreiches Rahmenprogramm, um Startups, Investor:innen und Corporates sowie KMU miteinander zu vernetzen. Im Zentrum stehen unterschiedlichste Formate, die ein qualitativ hochwertiges Matchmaking unter den Teilnehmer:innen ermöglichen.

Der Corporate Reverse Pitch

Traditionsgemäß ist der Corporate Reverse Pitch im Rahmen des Connect Day ein starker Anziehungspunkt für viele Teilnehmer:innen. Das Format wird bereits seit sechs Jahren umgesetzt und hat zahlreiche erfolgreiche Kooperationsprojekte zwischen Startups und Unternehmen initiiert.

Das Besondere: Startups und Corporates begegnen sich durch dieses einzigartige Format auf Augenhöhe. Moritz Weinhofer von aws connect Industry-Startup.Net erläutert den Ablauf: “Beim Corporate-Reverse Pitch tauschen wir die Rollen. Normalerweise präsentieren Startups ihre Company und Lösungen. Beim Corporate-Reverse Pitch hingegen müssen Corporates ihre Lösungen präsentieren, nach denen sie suchen. Im Idealfall entsteht daraus eine Kooperation mit einem Startup”.

So pitchten in den vergangenen Jahren bekannte Unternehmen wie KTM, Hutchison Drei Austria und auch internationale Unternehmen wie SAAB ihre gesuchten Innovationslösungen. Der Corporate Reverse Pitch wird in diesem Jahr von ABA, aws connect Industry-StartUp.Net and EIT Manufacturing ermöglicht.

Zudem tragen zahlreiche weitere Partner zum Connect Day bei. Einer von ihnen ist die Erste Bank. Emanuel Bröderbauer, Head of Marketing Gründer & SME bei der Erste Bank, hebt die Bedeutung der Vernetzung von Corporates, Startups und Investor:innen für den Wirtschaftsstandort Österreich hervor: “Damit Österreich nicht den Anschluss an die großen Wirtschaftsnationen bei der Bewältigung aktueller und zukünftiger Herausforderungen verliert, bedarf es der Stärken etablierter Unternehmen, Startups und Investor:innen. Der Connect Day hilft, diese Kräfte zu bündeln.” Und er merkt an: “Der Connect Day ist eine Veranstaltung mit Mehrwert und daher sind wir als Erste Bank auch heuer wieder gerne als Partner dabei.”

Internationale Startups am Connect Day und B2B-Matchmaking

Neben der Begegnung auf Augenhöhe zeichnet sich Connect Day auch durch seine internationale Ausrichtung aus. So werden am 4. Juni neben heimischen Startups auch zahlreiche internationale Startups ihre Lösungen pitchen. Darunter befinden sich beispielsweise auch Startups aus asiatischen Märkten, die über das GO AUSTRIA Programm des Global Incubator Network (GIN) nach Österreich gebracht werden. Somit erhalten Corporates, Investor:innen und KMU auch einen Überblick über verschiedene Lösungen, die über den “Tellerrand Österreich” hinausreichen.

(c) pollak

Damit Startups, Investor:innen sowie Corporates und KMU Kooperationsmöglichkeiten möglichst effektiv ausloten können, findet auch in diesem Jahr wieder B2B-Matchmaking statt. Neben dem 1:1 On-site-Matchmaking, das pro Session 15 Minuten dauert, bietet die Austria Wirtschaftsservice (aws) auch ein Long-Term-Matchmaking an. So können Teilnehmer:innen sogar nach der Veranstaltung weiter mit Personen in Kontakt treten, die sie eventuell verpasst haben. Das B2B-Matchmaking wird von Enterprise Europe Network und aws Connect ermöglicht.

Zudem findet am 4. Juni auch eine Afterparty statt, die ebenfalls zum Networking genutzt werden kann und von Green Tech Valley Cluster sowie aws Connect gehosted wird.


Tipp: Für das On-Site-Matchmaking bedarf es einer Vorbereitung, um am Event-Tag möglichst viele Kooperationsmöglichkeiten auszuloten. Die Veranstalter bieten hierfür einen übersichtlichen Leitfaden mit allen wichtigen Informationen. Zudem wird den Teilnehmer:innen empfohlen, vorab die b2match-App herunterzuladen, die für iOS und Android zur Verfügung steht.


Wer kann am Connect Day teilnehmen?

Die Zulassung zur Teilnahme am Connect Day 24 steht laut Veranstalter allen offen, die an einer Zusammenarbeit zwischen Startups und Unternehmen interessiert sind. Es gibt jedoch auch gewisse Kriterien zu erfüllen. Der Veranstalter stellt so sicher, dass ein hochwertiges Matchmaking unter den Teilnehmer:innen stattfindet. Hier ein kurzer Überblick, worauf insbesondere Startups und Corporates/KMU achten müssen:

  • Startups dürfen nicht älter als sechs Jahre sein und über maximal 250 Mitarbeiter:innen verfügen. Zudem sollen sie mindestens einen Prototypen oder ein MVP vorweisen, das skalierbar ist. Startups, die sich für ein Matchmaking mit Investoren bewerben, werden von einer Jury gescreent.
  • Corporates/KMU müssen auf der Suche nach innovativen Produkten und Dienstleistungen sein. Zudem müssen sie die Bereitschaft mitbringen, mit Startups zusammenzuarbeiten. Dazu zählen etwa Pilotprojekte, gemeinsame Forschung und Entwicklung, aber auch Vertriebspartnerschaften.

+++ Hier findet ihr alle Voraussetzung für die Anmeldung zum Connect Day – Jetzt anmelden und vom Matchmaking profitieren +++

Tipp der Redaktion: Von aws Connect ganzjährig profitieren

Der Connect Day zeigt die Kollaboration der Ökosystem-Player untereinander und auch die Networking-Expertisen, besonders von aws Connect. Die Austria Wirtschaftsservice GmbH bietet mit den aws Connect Programmen ganzjährig ihre Matching-Services für Kooperationen, Investments und Internationalisierung an.

Auf der Online-Plattform sind aktuell rund 3200 Startups, KMU, Corporates, Investor:innen und Forschungseinrichtungen gelistet. Seit dem Start wurden so über 470 Kooperationen und Investments vermittelt.

Zu den vielfältigen Vernetzungsmöglichkeiten zählt übrigens auch der aws KI-Marktplatz. Hier treffen sich Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die KI anbieten, mit Unternehmen, die KI für die Umsetzung ihrer Zukunftsprojekte einsetzen wollen.

+++ Jetzt für aws Connect anmelden und vom Matchmaking profitieren +++

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