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.

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

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Sima D. sitzt auch selbst oft am Steuer für Flintaxi. | © FLINTAXI e.U.

Uber, Bolt oder ein Taxi einfach auf der Straße anhalten. Die privaten Fahrdienste sind ein beliebtes Mittel, um schnell und bequem nach Hause zu kommen. Doch sind sie auch sicher? Immer wieder erzählen Frauen von sexuellen Übergriffen oder Anspielungen durch Taxifahrer, wie das Profil im März berichtete. „Mittlerweile gibt meine Schwester zwei Hausnummern weiter an, damit der Taxler nicht weiß, wo sie wohnt“, sagt Sima D., die anonym bleiben möchte. Daher gründete sie Flintaxi: Wer bei ihrem Unternehmen bucht, dem garantiert sie eine sichere Fahrt.

Sicheres Ankommen für FLINTA-Personen

Die Wiener Firma fokussiert sich auf FLINTA-Personen, also u. a. auf Frauen, Lesben und Trans-Personen. So kann bei der Buchung eingestellt werden, dass man nur von einer FLINTA-Person abgeholt werden möchte. Es seien aber auch Männer bei ihr als Gäste willkommen, die die Philosophie von Flintaxi verstanden haben. Die Geschäftsführerin gesteht jedoch ein, dass diese Überprüfung schwierig sei. Ein Verifizierungssystem der Gäste soll für mehr Sicherheit auf Seiten der Fahrer:innen sorgen. Sima D., die hauptberuflich AHS-Lehrerin ist, ist es wichtig, Transparenz und Vertrauen auf beiden Seiten zu schaffen.

„Die Zukunft liegt sicher bei Flintaxi“

Mit fünf Fahrer:innen und einem Auto steht ihr Unternehmen noch in den Kinderschuhen. Dennoch sieht sich Sima D. für die Zukunft gut aufgestellt. Laut ihr können Mitbewerber wie Sternenmädchen oder Ubers „Women Drivers“ nicht mit Flintaxi mithalten. „Bei Sternenmädchen muss man schon 24 Stunden vorher wissen, wann man heim möchte. Und das ist halt oft auch nicht so planbar. Bei mir ist es kurzfristiger möglich“, sagt Sima D. Gegenüber „Women Drivers“ von Uber sieht sie sich mit besseren Arbeitsbedingungen im Vorteil: „Die Zukunft wird sein, dass man bei Uber in 16 Stunden das verdient, was man bei mir in acht Stunden verdienen kann.“

Das hat im Endeffekt Auswirkungen auf den Preis. Brutkasten verglich Flintaxi mit Uber. Eine Fahrt vom Bahnhof Meidling zum Schottentor kostet auf Flintaxi 21,10 Euro, bei Uber sind es 16,59 Euro. „Also preislich kann ich bei Uber nicht mithalten, möchte ich auch nicht. Aber das wollen die Taxler:innen auch nicht. Die Zukunft liegt sicher bei Flintaxi“, erklärt Sima D., die ihre Angestellten laut eigenen Angaben besser als im Kollektivvertrag vereinbart bezahlt.

„Die Buchungen werden mit der neuen App sicher mehr“

Vor einem Monat wurde die neue Flintaxi-Website gelauncht. Seitdem sei ihre Erscheinung professioneller und es sei einfacher, eine Fahrt zu buchen. Die Entwicklung der Buchungen stimmt Sima D. zuversichtlich. Im letzten Monat kam Flintaxi auf rund 15 Fahrten, eine Verdreifachung gegenüber den Zeiten vor der Website. Nun arbeitet sie an einer App, deren Launch im Oktober angesetzt ist. „Wenn du eine Taxifahrt buchen willst, dann öffnest du im Normalfall schnell eine App am Handy. Deshalb glaube ich, dass die Buchungen mit der neuen App sicher mehr werden“, erklärt sie.

Die Investorensuche beginnt

Flintaxi wird durch eigene finanzielle Mittel und eine Crowdfunding-Aktion finanziert. Seit Juni hat sie 1.862 Euro gesammelt, wobei das Ziel bei 25.000 Euro liegt, um Kosten wie die App-Entwicklung decken zu können. „Also aktuell zahle ich noch von meinem eigenen Gehalt drauf“ erklärt Sima D., die sich auch einen Kredit bei ihrer Mutter aufgenommen hat. Laut der Lehrerin macht Flintaxi aktuell einen monatlichen Umsatz von rund 2.500 Euro. „Ich bin mit dem Tagesgeschäft nicht im Minus. Aber ich muss noch das Auto abfinanzieren“, erklärt Sima D.

Der nächste Schritt liegt für sie darin, das Unternehmen bekannt zu machen und auch Investoren zu finden. Eine Möglichkeit dazu sieht sie bei Events wie dem Gründerinnentag von der Wirtschaftskammer. Förderungen hat sie bereits bei der Wirtschaftsagentur und beim Austria Wirtschaftsservice angefragt, bisher ohne Erfolg.

Expansion aus Österreich

Sima D. kann sich auch bereits vorstellen, ihr Unternehmen auf andere Länder auszuweiten. Sichere Taxifahrten für FLINTA-Personen seien eine Nische, die es noch in jedem Land gebe. „In zehn, 20 Jahren bin ich sicher überall, wo es Bedarf gibt und wo das Ganze irgendwie auch aus österreichischer Sicht gut expandierbar ist“, sagt sie.

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