Quantencomputer und künstliche Intelligenz werden sich in Zukunft ergänzen. Drei Thesen des Physikers Achim Kempf von der University of Waterloo in Kanada offenbaren das Potenzial dieser Synergie.
Anders als herkömmliche Rechner arbeiten Quantencomputer nicht auf der Basis von Bits und Bytes, sondern mit sogenannten Qubits. Diese können nicht nur Kombinationen aus Nullen und Einsen darstellen, sondern dank quantenphysikalischer Phänomene unzählige Überlagerungszustände zwischen null und eins annehmen. Das macht sie für viele Rechenprobleme leistungsfähiger als digitale Computer und erlaubt ihnen, wesentlich komplexere Probleme zu lösen.
So entstehen neue Möglichkeiten etwa in der Materialforschung oder bei der Optimierung komplexer Logistikketten – zumindest in der Theorie. Denn die bisher realisierten Quantencomputer sind noch zu klein und zu unzuverlässig, um ihr großes Versprechen einzulösen. Künstliche Intelligenz (KI) kann dabei helfen, den Weg zum anwendbaren Quantencomputer zu ebnen. Aber auch die KI wird ihrerseits vom enormen Potenzial der Supercomputer profitieren, ist Achim Kempf von der University of Waterloo in Kanada überzeugt. Wie sich beide Zukunftstechnologien gegenseitig unterstützen werden, beschreibt der Physiker in drei Szenarien:
Prof. Dr. Achim Kempf ist Inhaber des Lehrstuhls für Physik der Information und KI an der University of Waterloo in Kanada, der von der Dieter Schwarz Stiftung gefördert wird. Schwerpunktmäßig beschäftigt sich der Physiker mit Fragen der Quanteninformation und künstlicher Intelligenz.
„Die zentrale Herausforderung der Quantentechnologie ist die Störanfälligkeit der Qubits, also der Atome, Moleküle und Photonen, mit denen Quantenprozessoren arbeiten. Effiziente Methoden zur Fehlerkorrektur sind daher die Voraussetzung für praxistaugliche Quantencomputer. Über die Jahre sind hier bereits große Fortschritte gemacht worden, am Ziel sind wir aber noch nicht. Mit KI können wir nun intelligente, automatisierte Verfahren zur Fehlerkorrektur entwickeln und diese so auf ein neues Level heben. Als eine Art intelligenter Autopilot würden KI-Systeme Fehler nicht nur ausgleichen, sondern bestenfalls sogar vorausschauend vermeiden und die hochsensiblen Quantenprozessoren auf diese Weise stabilisieren.
Doch auf dem Weg zum anwendbaren Quantencomputer gilt es, ein weiteres Problem zu lösen: Wir haben schlicht noch nicht genügend Software, um sie sinnvoll zu betreiben. Zwar verfügen wir über erste Quantenalgorithmen, doch diese wurden für spezifische Zwecke entwickelt. Was uns fehlt, ist eine Bibliothek von Algorithmen, die sich bausteinartig zusammensetzen lassen, um damit auch komplexe Programme für unterschiedliche Anwendungen zu schreiben. Auch deren Entwicklung kann KI unterstützen und beschleunigen.“
„Sind praxistaugliche Quantencomputer schließlich verfügbar, wird wiederum die KI selbst von deren Fähigkeiten profitieren. Es ist davon auszugehen, dass KI-Modelle auf Quantencomputern weniger Trainingsdaten benötigen und zugleich schnellere und bessere Ergebnisse liefern können als auf herkömmlichen Rechnern. Denn Quantencomputer sind in der Lage, wesentlich komplexere Berechnungen durchzuführen als klassische Computer. Ab einem bestimmten Entwicklungsstand dürften sie auch energieeffizienter arbeiten. Das käme nicht zuletzt der Konkurrenzfähigkeit europäischer KI-Modelle zugute, die momentan auch wegen höherer Stromkosten gegenüber Systemen aus den USA im Nachteil sind.“
„Die zentrale Fähigkeit von KI ist es, Muster zu erkennen. Kombiniert mit der Komplexitätskompetenz des Quantencomputers eröffnen sich neue Möglichkeiten in Forschung und Technik. Beispielsweise bei der Lösung komplexer Optimierungsprobleme: Verkehrsnetze, Produktionsabläufe oder Lieferketten ließen sich in Echtzeit verbessern und so wirtschaftlicher und nachhaltiger machen. Große Fortschritte erwarten wir auch in der Material- und Arzneimittelforschung: Wenn wir die Wechselwirkung von Molekülen oder die komplexe Struktur von Kristallen am Quantencomputer simulieren und mit KI auswerten können, wird das die Entwicklung neuartiger Materialien und Medikamente wesentlich beschleunigen.
Wann der Quantencomputer ausgereift sein wird, lässt sich derzeit leider nicht prognostizieren. Manche rechnen damit, dass es noch zehn bis 15 Jahre dauern wird. Da aber momentan sowohl im Feld des Quantencomputings als auch im KI-Bereich so viel geschieht und wir deren Synergien gerade erst auszuschöpfen beginnen, kann es auch deutlich schneller gehen.“
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