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.

+++ Hermann Hausers I.E.C.T. Summer School: Applications are open! +++


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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Bits & Pretzels Mitgründer und Managing Director Bernd Storm van's Gravesande © Bits & Pretzels

Weißwurst zum Frühstück, Brezn zur Beteiligungsverhandlung: Wenn München jedes Jahr im Herbst zur Wiesn bläst, verwandelt sich ein Teil der Stadt gleichzeitig in die größte Gründerbühne Europas. Seit 2014 zählt die Bits & Pretzels zu den wichtigsten Innovationsevents des Kontinents. Größen wie Barack Obama oder Arnold Schwarzenegger haben in München bereits ihre Weisheiten mit dem Publikum geteilt. Bei der dreitägigen Konferenz geht es aber nicht nur um Inspiration, sondern vor allem um Austausch und potenzielle Kundengewinnung. Genau darin sieht Bits-&-Pretzels-Mitgründer und Managing Director Bernd Storm van’s Gravesande eine relevante Alternative zur klassischen Kapitalaufnahme über VCs.


brutkasten: Die polarisierende These, mit der wir heute starten: VCs sind out, Corporates sind in. Wie kommst du dazu?

Bernd Storm van’s Gravesande: Ich möchte die zentrale und wichtige Rolle von VCs damit überhaupt nicht kleinreden – ohne Venture Capital gäbe es das ganze Startup-Ökosystem nicht, das muss uns klar sein. Aber die Überspitzung dient natürlich auch dazu, dass wir erkennen: Für viele Startups – nicht für alle – gibt es Alternativen. Nämlich, dass ein Ankerkunde manchmal passender ist als ein Ankerinvestor. Da muss man immer definieren: für wen, für welches Startup, in welcher Phase.

Aber ein Ankerkunde kann sehr wertvoll sein. Nehmen wir ein Beispiel, das gerade in aller Munde ist: Defense. Wir haben die Helsings, die Quantum Systems und so weiter. Das ist eine spezielle Branche, aber das Muster dahinter erkennen wir auch in anderen Branchen. Bei all diesen hast du nicht nur reine VCs, sondern etwa mit der Bundeswehr oder mit internationalen Staaten ganz konkrete Kunden, mit denen du nicht nur über potenzielle Umsätze sprichst, sondern über ganz konkrete.

Wenn du als Startup schon zahlende Kunden mitbringen kannst, ist das so viel mehr wert als jede Powerpoint oder Marktanalyse. Das ist der eigentliche Proof. Du hast einen Ankerkunden und das ist sehr viel wert, auch für künftige Partner- und Kundenbeziehungen oder spätere Finanzierungsrunden.

Ist das eine Entwicklung, die du erst in letzter Zeit beobachtest, oder war das eigentlich immer schon so?

Die Rahmenbedingungen haben sich verändert, es geht verstärkt in diese Richtung. Vor vier, fünf Jahren war Kapital sehr günstig, Venture Capital war auch leichter in höheren Bewertungsrunden aufzunehmen. Da war es nicht so zwingend notwendig, zähe Corporate Deals einzugehen. Diese Rahmenbedingungen haben sich geändert.

Gleichzeitig haben sich aus meiner Sicht auch die Corporates selbst entwickelt. Vor zehn Jahren war es fancy, Acceleratoren und Innovation Labs zu haben, Innovationsprogramme – ein bisschen Schaufensterdekoration. Daraus ist inzwischen ein existenzieller Druck geworden, vor allem im Bereich KI. Die Corporates sehen die Innovation von Startups nicht mehr als Nice-to-have, sondern stehen so stark unter Druck, dass sie darauf angewiesen sind und überlegen müssen, wie sie diese intern nutzen können. Das sind die zwei Hauptfaktoren, die sich geändert haben: die Rahmenbedingungen für die Kapitalaufnahme und die Dringlichkeit der Corporates, externe Innovation aufzunehmen oder mit Startups zusammenzuarbeiten.

Bei der Bits & Pretzels haben wir ja nicht nur Investoren und Kunden, sondern auch 500 CIOs, weil wir verstehen, dass diese künftige Kunden- oder Entwicklungsbeziehung in unserer Wirtschaft notwendig sein wird – wir reden über Europa, über Deutschland. Das ist keine temporäre Reaktion, nach dem Motto: Weil Kapital teurer ist, machen wir eben was anderes. Es geht klar in die Richtung, dass man idealerweise sehr früh im Rahmen der Produktentwicklung gemeinsam mit Ankerkunden erste Umsätze generiert und am Markt Fortschritte erzielt.

Gibt es Red Flags, bei denen du sagen würdest: Finger weg von dieser Corporate-Venturing-Beziehung?

Red Flag ist ein hartes Wort, aber vorsichtig wäre ich bei Innovationslaboren. Ich würde jedem empfehlen, direkt zum Bereichsleiter oder zur Bereichsleiterin mit Umsatz- und Kostenverantwortung zu gehen, weil man dann bei den Entscheider ist. Ich würde mich nur eng committen, wenn man einen Kontakt auf Vorstands- oder Bereichsvorstandsebene hat – einen C-Level-Sponsor, weil man sonst nicht alle Türen öffnen kann.

Man muss sich vor Augen halten: Wenn du ein Corporate als Kunden siehst, ist das ein toller Proof, aber auch ein Riesen-Pain. Ein häufiges Problem, ein Stolperstein, ist die Geschwindigkeit. Wenn ich als kleiner Gründer an einen DAX-Konzern herantrete, bin ich startklar, ich fange morgen mit der Entwicklung an. Aber die brauchen so viele Abstimmungen – Rechtsabteilungen, Bereichsleiter, Einkaufsprozesse, Integrationsschnittstellen, IT-Implementierungsbudgets. Das dauert. Das muss man als Gründer wissen, das geht nicht von heute auf morgen. Was ich aus eigener Erfahrung und von vielen anderen auf der Bits & Pretzels gehört habe, nenne ich „Pilotitis“: Lass uns mal einen kostenlosen Proof of Concept machen und dann weitersehen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit geht das nie in den Echtbetrieb, das ist die falsche Herangehensweise.

Beim Thema Kundenrisiko: Wenn Corporates Exklusivität wollen, dann höchstens temporär, sechs, zwölf Monate, aber bitte nicht 24 Monate – sonst bist du gefangen und kannst nur hoffen, dass sie dir Folgeprojekte geben. Ein weiteres mögliches Warnsignal: Wenn sich der Einkaufsprozess so in die Länge zieht, dass etwa ein Betriebsrat zustimmen muss, sollte man sich fragen, ob das trotzdem der richtige Kunde ist – als Gründer hat man ja ohnehin schon Zeitdruck, etwas FOMO und ein bisschen Paranoia.

Wo passen die VCs in diesem Bild trotzdem noch rein? Wo macht es weiterhin mehr Sinn, auf VC zu setzen statt auf Corporates als Pilotkunden?

Grundsätzlich immer, wenn man ein skalierbares Tech-Business-Modell hat. Ich sage nur, dass VC nicht mehr die einzige Option ist. Die Anzahl der Finanzierungsrunden geht runter, die Anzahl der Gründungen geht hoch – also müssen sich Gründer zwangsläufig überlegen, wo sie außer von VCs Geld herbekommen. Umsatz ist das neue Risikokapital, plakativ gesagt. Das kann für viele funktionieren, weil nicht alle von Milliardenrunden wie bei Helsing oder von den gerade raisenden Health-Tech-Companies gesegnet sind. Wir reden auch über den Mittelstand der Gründungen, der ebenfalls Umsatz braucht – und kein VC-Geld zu bekommen heißt nicht automatisch, keinen Erfolg am Markt zu haben. Viele bekommen keinen VC. Und ich plädiere dafür, zu überlegen, dass Umsatz auch gutes, für viele sogar das passende Kapital sein kann.

Auf der Bits & Pretzels findet auch heuer wieder der CIO AI Summit statt, den ich intern kuratiere und hoste. Da kommen 500 CIOs aus dem deutschen Mittelstand, aus der deutschen Industrie und von Großunternehmen zusammen, tauschen sich zunächst untereinander aus, und dann öffnen wir den Raum, damit jeder Gründer und jede Gründerin mit ihnen in Kontakt treten kann. Genau das sind mögliche Kontaktpunkte, um Ankerkunden zu gewinnen – und auch für jedes österreichische Startup, das den deutschen Markt als relevant erachtet, eine sehr effiziente Möglichkeit, Industriekontakte zu knüpfen.

Wenn wir schon bei der Bits & Pretzels sind: Wie ist es euch eigentlich gelungen, Steven Bartlett heuer als Speaker zu gewinnen und auf welche Highlights darf man sich sonst noch freuen?

Beharrlichkeit. Es ist nicht das erste und nicht das zweite Mal, dass wir angefragt haben, das erste Mal ungefähr 2024. Wir haben als Veranstalter den Luxus, aber auch die Bürde, zu überlegen, wer passt, wer motiviert, wer inspiriert, wer den Leuten Energie im Raum gibt und die Gespräche entfacht. Und da waren wir uns immer einig, dass Steven Bartlett ein toller Mensch ist – selbst Gründer, und durch seine Empathie in seinen Interviews betont er immer wieder genau diesen menschlichen Aspekt hinter dem Unternehmen, hinter der Gründung. Das passt sehr gut zu unserem heurigen Motto „Human After All“. Dazu kommt seine enorme Expertise: Er ist ein sehr guter Speaker, ein bisschen Celebrity, aber eben auch ein fantastischer Fachexperte, der die Leute begeistern kann – und das wollen wir. Also leider keine wahnsinnige Story von einem zufälligen Treffen beim Kaffee in London, sondern schlicht Hartnäckigkeit, bis er endlich Zeit hatte.

Ein bisschen in dieselbe Richtung geht auch Trevor Noah, den wir ebenfalls dabei haben: Auch er ist Unternehmer, hat für Microsoft eine KI-Serie gemacht, ist also vom Fach. Ich glaube, solche Personen können unsere Themen nochmal ganz anders beleuchten, aus einer anderen Perspektive, und die Leute begeistern. Ein bisschen Out-of-the-box-Denken eben – deshalb holen wir sie.


Die Bits & Pretzels 2026 findet heuer von 28. bis 30. September 2026 wieder in München statt.

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