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?
/artikel/quantencomputer-eine-loesung-fuer-die-ai
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

Deine ungelesenen Artikel:
vor 23 Stunden

kredity.at: Wiener Vermögensberater entwickelt digitale Plattform zur persönlichen Kreditprüfung

Um Menschen über realistische Kreditmöglichkeiten digital zu informieren, entwickelt der Vermögensberater Omid Kafaji die Plattform kredity.at. Das oft komplexe Thema Kredite soll verständlich vermittelt werden, um potenzielle Schuldenfallen und Betrug zu verhindern. Nach der ersten Woche zieht der Gründer Bilanz.
/artikel/kredity-at-wiener-vermoegensberater-entwickelt-digitale-plattform-zur-persoenlichen-kreditpruefung
vor 23 Stunden

kredity.at: Wiener Vermögensberater entwickelt digitale Plattform zur persönlichen Kreditprüfung

Um Menschen über realistische Kreditmöglichkeiten digital zu informieren, entwickelt der Vermögensberater Omid Kafaji die Plattform kredity.at. Das oft komplexe Thema Kredite soll verständlich vermittelt werden, um potenzielle Schuldenfallen und Betrug zu verhindern. Nach der ersten Woche zieht der Gründer Bilanz.
/artikel/kredity-at-wiener-vermoegensberater-entwickelt-digitale-plattform-zur-persoenlichen-kreditpruefung
Nach jahrelanger Planung entwickelt Omid Kafaji kredity.at. (c) Omid Kafaji

„Kredite sind für mich schon immer ein spannendes Thema. Sie bieten auf der einen Seite große Möglichkeiten für Unternehmen und Familien, auf der anderen Seite können sie auch für viele Menschen zur Last werden“, erzählt der Wiener Omid Kafaji über den Grundgedanken von kredity.at. Das richtige Kreditwissen sei für Konsument:innen oft schwer zugänglich, der Markt undurchsichtig. Mit kredity.at will Kafaji Klarheit in das komplexe Thema bringen.

Lediglich mit Tipps von einem befreundeten Programmierer entwickelt und baut Kafaji kredity allein. Die Idee dazu entstand schon vor Jahren, seit einer Woche kann man die Plattform nutzen.

„kredity.at übernimmt das erste Denken eines Kreditprofis“

Die Plattform übersetzt Erfahrungswissen aus der Kreditvermittlung in ein digitales System. Nutzer:innen sollen besser verstehen, wie ihre finanzielle Situation aus Sicht einer Kreditprüfung eingeschätzt werden könnte. „Man beantragt einen Kredit, der wird abgelehnt. Aber man erfährt eigentlich nie wirklich genau, woran es gelegen hat“, so der Founder. Deswegen gibt es auf der Seite einen ersten kostenlosen Kreditcheck, „und das Besondere daran ist, dass hier nicht nur Kreditangebote verglichen werden, wie man es bisher kennt, sondern dass man tatsächlich anhand der eigenen Eingaben, der Haushaltsrechnung und Finanzierungsvorhaben, realistische Möglichkeiten bekommt, die zur jeweiligen Situation passen“, ergänzt Kafaji. Kredity.at übernehme damit das erste Denken eines Kreditprofis.

Digitale Plattform mit persönlicher Komponente

Nach dem ersten Kreditcheck hat man auch die Möglichkeit, sich direkt von Kafaji zu den Ergebnissen beraten zu lassen. „Es gibt manchmal auch sehr komplexe Fälle, und da ist es einfach von Vorteil, wenn erfahrene Finanzexperten für den Kunden die Situation einschätzen und analysieren.“ Der selbstständige Unternehmensberater sieht durch die Kombination von digitaler und persönlicher Beratung die beste Möglichkeit, um Fehlentscheidungen im Kreditwesen zu vermeiden. Durch seine Expertise stellt er auf kredity.at zusätzliches Insiderwissen zur Verfügung.

Erhöhte Zugriffszahlen

Die Plattform ist erst seit einer Woche online, dennoch seien die Anfragen laut Kafaji auffallend hoch. „Die Anfragen sind auf jeden Fall höher, als ich erwartet habe“, zeigt sich der Wiener überrascht. Dies zeige sich unter anderem in zahlreichen täglichen Anfragen über WhatsApp, die Nutzer:innen direkt im Anschluss an den digitalen Check stellen. Finanziert wird die Plattform durch Kooperationen mit den jeweiligen Kreditanbietern, die Kafaji durch seine Arbeit als Vermögensberater bereits gewonnen hatte. Werden Nutzer:innen an eine passende Bank weitergeleitet, entsteht hier der wirtschaftliche Wert.

Pläne für die Zukunft

„Mir ist es einfach ein Anliegen, dass Menschen nicht in die Hände von Betrügern fallen, was in der Praxis häufig passiert. Ich richte mich also immer nach dem Use Case. Ich glaube an Dinge, die den Menschen einen Mehrwert bringen. Und wenn etwas einen Wert hat, wird es auch wirtschaftlichen Wert generieren“, blickt Kafaji in die Zukunft. Der Gründer will die digitalen Möglichkeiten noch erweitern und überlegt derzeit, wie das Implementieren von KI-Systemen helfen könnte, die Ersteinschätzungen noch präziser zu machen. Ebenso geplant sind weitere Kooperationen mit Kreditanbietern, „weil ich sehe, dass österreichweit die Anfrage wächst“.

Toll dass du so interessiert bist!
Hinterlasse uns bitte ein Feedback über den Button am linken Bildschirmrand.
Und klicke hier um die ganze Welt von der brutkasten zu entdecken.

brutkasten Newsletter

Aktuelle Nachrichten zu Startups, den neuesten Innovationen und politischen Entscheidungen zur Digitalisierung direkt in dein Postfach. Wähle aus unserer breiten Palette an Newslettern den passenden für dich.

Montag, Mittwoch und Freitag

AI Summaries

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

Welche gesellschaftspolitischen Auswirkungen hat der Inhalt dieses Artikels?

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

Welche wirtschaftlichen Auswirkungen hat der Inhalt dieses Artikels?

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

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

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

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

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

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

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

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

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

Wer sind die relevantesten Personen in diesem Artikel?

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?

AI Kontextualisierung

Wer sind die relevantesten Organisationen in diesem Artikel?

Leider hat die AI für diese Frage in diesem Artikel keine Antwort …

Quantencomputer: Eine Lösung für die AI?