{"id":177482,"date":"2019-07-15T14:36:56","date_gmt":"2019-07-15T12:36:56","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=177482"},"modified":"2019-07-15T14:36:56","modified_gmt":"2019-07-15T12:36:56","slug":"prof-dr-kristel-michielsen-prof-dr-dr-thomas-lippert-vom-forschungszentrum-juelich-sowie-angela-krieger-b2b-pr-google-im-interview-zum-thema-quantencomputing","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/prof-dr-kristel-michielsen-prof-dr-dr-thomas-lippert-vom-forschungszentrum-juelich-sowie-angela-krieger-b2b-pr-google-im-interview-zum-thema-quantencomputing\/","title":{"rendered":"FZ J\u00fclich & Google im Interview: “Quantencomputing l\u00e4sst sich mit klassischen Analogien nicht wirklich erkl\u00e4ren”"},"content":{"rendered":"

Quantencomputing ist derzeit in aller Munde – es soll sozusagen der Quantensprung in der IT sein. Nun gaben k\u00fcrzlich das Forschungszentrum J\u00fclich (FZ J\u00fclich)<\/a> sowie Google bekannt, in der Erforschung von Quantencomputern zusammenzuarbeiten – wir berichteten<\/a>. Grund genug f\u00fcr uns, noch einmal genauer nachzufragen.<\/strong><\/p>\n

Prof. Dr. Kristel Michielsen, Group leader “Quantum Information Processing” & Member of the Division “Computational Science”, FZ J\u00fclich,<\/p>\n

Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert, Director of the Institute for Advanced Simulation & Head of J\u00fclich Supercomputing Centre, FZ J\u00fclich &<\/p>\n

Dr. Markus Hoffmann, Global Quantum Computing Practice Lead, Google Cloud<\/p>\n

im Interview mit der Innovation Origins.<\/p>\n

K\u00f6nnen Sie f\u00fcr unsere Leser bitte einmal kurz den Unterschied zwischen Supercomputern und Quantencomputern erkl\u00e4ren?<\/em><\/strong><\/h3>\n

Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert:<\/em> Heutige Supercomputer, wie z.B. unser JUWELS<\/a> am Forschungszentrum J\u00fclich<\/a>, setzen sich aus vielen Rechenknoten zusammen, die so vernetzt sind, dass sie gemeinsam an einem Problem arbeiten k\u00f6nnen. Aus dieser Parallelit\u00e4t beziehen sie ihre enorme Leistung. JUWELS z.B. k\u00f6nnte es mit bis zu 60.000 Laptops aufnehmen, wenn diese entsprechend verbunden w\u00e4ren. (…) Quantencomputer beziehen ihre hohe Leistung aus einer v\u00f6llig anderen Art von Parallelit\u00e4t: (…)<\/p>\n

W\u00e4hrend die Leistung der klassischen Supercomputer im Wesentlichen proportional zur Anzahl der zusammengeschalteten CPUs w\u00e4chst, hofft man, dass die Leistung des Quantencomputers doppelt so gro\u00df wird, wenn man ein weiteres Qubit hinzunimmt.<\/p>\n

“Man spricht von einem exponentiellen Leistungszuwachs. Genau das macht den Quantencomputer so besonders.”<\/p><\/blockquote>\n

Ein sch\u00f6nes Beispiel ist die Wegplanung eines Handelsvertreters [Anm.: der sich beim Ansteuern mehrerer Orte insgesamt den k\u00fcrzesten Weg berechnen m\u00f6chte]<\/em>: Nimmt man eine weitere Station hinzu, steigt der Rechenaufwand etwa um einen Faktor zwei, um den optimalen Weg zu finden.<\/p>\n

Das Beispiel l\u00e4sst sich ganz leicht auf das Gebiet der Verkehrsoptimierung \u00fcbertragen. Die Optimierung der Routenplanung von 10.000 Taxis in Peking ist ein solches, offenbar noch weitaus gr\u00f6\u00dferes Problem, wie es von Volkswagen mit Quantenrechnern<\/a> angegangen wurde. Oder denken Sie an die Optimierung der Luftverkehrswege. Wir glauben, dass wir diese Technologien sehr bald auch in unserem Alltag sehen werden, denken Sie an Warenfl\u00fcsse oder die optimale Positionierung von Produkten im Supermarkt – Bedarf an Optimierung ist \u00fcberall.<\/p>\n

Im Zusammenhang mit Quantencomputern wird von Qubits\/Quantenbits gesprochen \u2013 Wie unterscheiden diese sich von Bits?<\/em><\/strong><\/h3>\n

Prof. Dr. Kristel Michielsen:<\/em> Bits k\u00f6nnen ja bekanntlich zwei Werte annehmen, z.B. 0 und 1. Ein Element eines klassischen Speichers ist z.B. ein solches Bit. Diese Bits werden mit Hilfe von Transistoren verarbeitet.<\/p>\n

\u00c4hnlich sind Qubits die elementare Speicherelemente im Quantencomputer. Qubits k\u00f6nnen je nach technologischer Ausf\u00fchrung ebenfalls manipuliert werden, z.B. \u00fcber Mikrowellen. Mit Hilfe der Wechselwirkung zwischen den Qubits werden sogenannte Quantengatter<\/a>\u00a0 [Anm.: spezielles Quanten-Berechnungssystem<\/em>] <\/em>aufgebaut – so wie mit Transistoren klassische Gatter gebildet werden.<\/p>\n

Diese Gatter sind im klassischen Rechner die logischen Schaltelemente, auf dem Quantencomputer verarbeiten sie die Information, die wir mit dem Begriff Quantenzustand beschreiben und wir hoffen, dass sie das nach den Gesetzen der Quantenmechanik tun.<\/p>\n

Die Summe solcher programmierbaren Schritte bezeichnen wir als Algorithmus oder eben als Quantenalgorithmus.<\/p>\n

W\u00e4hrend klassische Bits nur die Werte 0 und 1 annehmen k\u00f6nnen, k\u00f6nnen Quantenbits, die man oft mit kleinen Pfeilen symbolisiert, alle denkbaren Stellungen der Pfeile annehmen [Anm.: z.B. kann die Spitze dieses Pfeils auf alle Punkte auf einer Einheitskugel gerichtet sein<\/em>]<\/em>. Die Konfiguration der Stellungen mehrere Qubits entspricht dann den oben angesprochenen \u00fcberlagerten Zust\u00e4nden. Erst wenn man diese misst, fallen die einzelnen Qubits wieder auf die Werte 0 und 1 zur\u00fcck, das entspricht der Pfeilstellung Richtung S\u00fcdpol oder Nordpol der Kugel. An diesen Pfeilstellungen kann man dann das Ergebnis des Rechenprozesses ablesen. [Anm.: Denn Qubits nehmen erst, wenn man sie messen will, einen bestimmten Zustand\/Ort an<\/em>. Man stelle sich eine auf einem Tisch liegende Billardkugel vor, die per anderer Billardkugel gemessen werden soll. Sobald die rollende Kugel auf die zu messende Kugel trifft, \u00e4ndert diese mit dem Aufprall den Standort… Doch die Physiker des FZ J\u00fclich stehen solch einfachen Vergleichen sehr kritisch gegen\u00fcber]:<\/em><\/p>\n

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“Oft versucht man, die angesprochenen \u00dcberlagerungen und Vorg\u00e4nge mit klassischen Analogien zu erkl\u00e4ren. Wir denken, das ist wohl mehr verwirrend als aufschlussreich, denn wenn ein Quantenzustand oder eine Quantenrechnung auf eine solche Weise darstellbar w\u00e4re, k\u00f6nnte man sie ja einfach mit herk\u00f6mmlichen Rechnern durchf\u00fchren”, so Prof. Dr. Kristel Michielsen @Forschungszentrum J\u00fclich \/ Ralf-Uwe Limbach <\/span><\/figcaption><\/figure><\/blockquote>\n

Es gibt einige Hersteller, die ebenfalls an Quantencomputern forschen \u2013 warum haben Sie sich bez\u00fcglich einer Zusammenarbeit f\u00fcr Google entschieden?<\/em> <\/strong><\/h3>\n

Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert:<\/em> J\u00fclich bindet sich in dem Bereich des Quantencomputing keineswegs an einen Partner allein. Google ist der erste von hoffentlich mehreren weiteren Partnern. JUNIQ, die J\u00fclich Unified Infrastructure for Quantum-Computing, sieht die Zusammenarbeit mit allen wichtigen Firmen in diesem Bereich vor. Ein Beispiel ist die kanadische Firma D-Wave Systems<\/a>. Weitere sind geplant. Ganz wichtig ist uns die Mitarbeit im europ\u00e4ischen Flagship-Projekt zu Quantencomputing<\/a>, wo wir am Teilprojekt OpenSuperQ<\/a> beteiligt sind und den Betrieb des europ\u00e4ischen Prototypen \u00fcbernehmen wollen.<\/p>\n

Die Vereinbarung mit Google ist eine Partnerschaft, welche die Entwicklung und den praktischen Einsatz von Quantencomputern f\u00f6rdert. Google ist f\u00fchrend im Bau von so genannten Gate-level-Quantencomputern [Anm.: Google stellte 2018 den mit 72 Qubits schnellsten Prozessor der Welt <\/em>vor<\/i>]<\/em>. Wir und unsere Partner und Nutzer im Bereich Quantencomputing werden Zugang zu den Quantenmaschinen von Google bekommen und werden dabei in Fragen der Anwendungen der Software und Forschung zu Algorithmen unterst\u00fctzt.<\/p>\n

Herr Hoffmann, es gibt viele Universit\u00e4ten die im Bereich Quantencomputing forschen \u2013 was war f\u00fcr Google der Grund gerade J\u00fclich herauszusuchen und z.B. nicht in den USA mit einer Uni zusammenzuarbeiten?<\/em><\/h3>\n

Dr. Markus Hoffmann:<\/em> Die Google Quantum AI-Gruppe unterh\u00e4lt mehrere Kooperationen und Partnerschaften mit akademischen Institutionen und Forschungslabors weltweit. Ein Beispiel daf\u00fcr ist die Prosperity-Partnerschaft in Gro\u00dfbritannien mit der University of Bristol<\/a> und UCL.<\/p>\n

Wir hatten \u00fcber viele Jahre hinweg eine langj\u00e4hrige Zusammenarbeit mit den J\u00fclicher Forschern, so dass die Formalisierung in einer Partnerschaft ein logischer Schritt war.<\/p>\n

L\u00e4uft die deutsch-amerikanische Kooperation nicht gegen das im letzten Jahr ins Leben gerufene, teuer gef\u00f6rderte EU-Forschungsprojekt Quantum Flagship, das zum Ziel hat, den europ\u00e4ischen Markt auf diesem Gebiet zu st\u00e4rken?<\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Kristel Michielsen: <\/em>Keineswegs. J\u00fclich ist Partner im europ\u00e4ischen Flagship-Projekt f\u00fcr Quantencomputing, wo wir am Teilprojekt OpenSuperQ beteiligt sind und den Betrieb des europ\u00e4ischen Prototypen langfristig \u00fcbernehmen wollen. Wir bekommen von Google gro\u00dfe Unterst\u00fctzung in Fragen der Anwendungen der Software und Forschung zu Algorithmen f\u00fcr Gate-level-Quantencomputer. Das hilft uns sehr im Projekt OpenSuperQ. Derzeit flie\u00dft \u00fcbrigens weit mehr IP aus den USA nach Europa als umgekehrt.<\/p>\n

Der Standort des ersten, durch das Forschungsprojekt gebauten, europ\u00e4ischen Quantencomputers soll \u2013 wie Sie gerade darstellten \u2012 J\u00fclich sein. Wann d\u00fcrfen mit der Fertigstellung rechnen?<\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert:<\/em> OpenSuperQ, das Teilprojekt, das den Quantencomputer mit supraleitenden Qubits im EU Quantum Flagship entwickelt, m\u00f6chte bis 2021 einen Prototypen mit 50 bis 100 Qubits bauen [Anm.: zum Vergleich: 45 Qubits entsprechen in etwa der Speichergr\u00f6\u00dfe des gr\u00f6\u00dften aktuellen, herk\u00f6mmlichen Supercomputers und 50 Qubits stellen, so vermutet man, die \u00dcberlegenheit bei Berechnungen dar]<\/em>. Dieser soll dann in JUNIQ integriert und den europ\u00e4ischen Nutzern zug\u00e4nglich gemacht werden.<\/p>\n

Ob Supraleiter, per Laser befeuerte Ionen oder Photonen \u2013 es gibt unterschiedliche Technologien, die von verschiedenen Herstellern bevorzugt werden. Google steht mit seinem Bristlecane f\u00fcr Supraleiter. I<\/em>nwieweit werden Sie auch an alternativen Technologien forschen?<\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Kristel Michielsen:<\/em> In J\u00fclich wird Forschung an supraleitenden, halbleitenden und topologischen Qubits durchgef\u00fchrt. Weitere Technologien sind in der Diskussion, dies wird sich in den n\u00e4chsten Monaten entscheiden.<\/p>\n

K\u00f6nnen Sie uns bitte einige Einsatzbereiche der in J\u00fclich – und hier insbesondere auch der in Kooperation mit Google – erforschten Quantencomputer nennen?<\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Kristel Michielsen: <\/em>Anwendungsbereiche finden sich vor allem dort, wo die Optimierung eine wichtige Rolle spielt, und insbesondere, wo Optimierungsprobleme so komplex sind, dass auch Supercomputer nicht weiter kommen – und das sind sehr viele Bereiche, zum Beispiel im Arzneimitteldesign, in der Produktionsplannung, im Handel, Verkehr, Luftfahrt, etc.
\nQuantumcomputer, betrieben zusammen mit Supercomputern im Hybridmodus, k\u00f6nnen wahrscheinlich zu einer weit besseren Rechen- und Energieeffizienz kommen als Supercomputer allein. Weitere wichtige Einsatzgebiete finden sich im Bereich der Simulation von Quantensystemen. Gerade da sahen die Gr\u00fcnderv\u00e4ter der Technologie, wie Richard Feynman, die aussichtsreichsten Einsatzm\u00f6glichkeiten.<\/p>\n

Wie sehen Ihre Ziele aus: Wann soll der erste Quantencomputer markttauglich werden bzw. was sind Ihre Zwischenziele?<\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Kristel Michielsen: <\/em>Zukunftsprognosen zu machen ist immer sehr schwierig. Sicherlich werden wir nicht allzubald einen eigenen Quantencomputer zu Hause betreiben k\u00f6nnen. Quantencomputer sind komplexe Gebilde und werden im Data Centre stehen, wo sie zusammen mit Supercomputern im Hybridmodus betrieben werden, um beste Effizienz zu erreichen. Das ist unser Ziel am J\u00fclich Supercomputing Centre.<\/p>\n

Einige Quantencomputer sind auf dem Markt. Zum Beispiel bietet IBM Kunden bereits Fernzugriff auf Gate-level Quantencomputer und D-Wave Systems verkauft seine Quantenannealer [Anm.: Quantencomputer zur Berechnung von Optimierungsproblemen].<\/em><\/p>\n

Ein Quantencomputer in den falschen H\u00e4nden k\u00f6nnte die IT-Sicherheit gef\u00e4hrden \u2013 inwieweit binden Sie dieses Thema in Ihre Forschungsarbeiten ein?<\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert: <\/em>Dann ist es aber doch ganz besonders wichtig, wenn wir uns in J\u00fclich mit solchen Systemen auskennen und diese en detail studieren. Man muss immer einen Schritt weiter sein, als die \u00dcbelt\u00e4ter. Wir denken, bei uns sind die Quantenrechner in den richtigen H\u00e4nden. Und IT-Sicherheit ist f\u00fcr uns nat\u00fcrlich immer von gr\u00f6\u00dfter Bedeutung, auch auf unserem Supercomputer. Cybersicherheit ist ein wichtiges Forschungsgebiet mehrerer unserer Partnerinstitute innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft.<\/p>\n

Was empfehlen Sie derzeit den verschiedenen Unternehmen \u2013 sollen diese sich schon mal mit dem Thema Quantencomputer und neue kryptische Verfahren besch\u00e4ftigen und sich evtl. auf den n\u00e4chsten \u201eQuantensprung\u201c in der IT vorbereiten?<\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Kristel Michielsen: <\/em>Ja, die Unternehmen m\u00fcssen sich so schnell wie m\u00f6glich auf den Einsatz von Quantencomputern zur L\u00f6sung spezifischer numerischer Probleme vorbereiten. Die Konkurenz schl\u00e4ft nicht. So findet Quantum Computing zunehmend Interesse bei Industrie- und Wissenschaftsgruppen, die High-Performance-Computing (HPC) f\u00fcr ihre Anwendungen einsetzen. Diese Pilotanwender des Quantencomputing sind in erster Linie daran interessiert zu testen, ob die verf\u00fcgbaren Quantencomputertechnologien heute oder in absehbarer Zeit zur L\u00f6sung der f\u00fcr sie relevanten Probleme geeignet sind. In JUNIQ haben wir das Ziel, diese industriellen Benutzer zu unterst\u00fctzen. Ein weiteres wichtiges Ziel ist es, Doktoranden, Doktorandinnen und Unternehmensmitarbeiter(innen) im Bereich Quantencomputing auszubilden.<\/p>\n

Und zu guter Letzt: Was ist Ihre Vision? Inwieweit werden Quantencomputer unser privates Leben im Bereich Computing revolutionieren?<\/strong><\/em><\/h3>\n

Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert: <\/em>Wie bereits erw\u00e4hnt, eine erste praktische Anwendung k\u00f6nnte die Verkehrsoptimierung ganzer St\u00e4dte f\u00fcr autonomes Fahren sein, wie dies derzeit von Volkswagen mit Erfolg erforscht wird. Weitere Beispiele sind die dynamische Optimierung von Flugpl\u00e4nen oder die Auswertung von Satellitendaten, eine Dom\u00e4ne des Deutschen Zentrums f\u00fcr Luft und Raumfahrt. In J\u00fclich sind wir davon \u00fcberzeugt, dass Quantencomputing eine der vielversprechendsten Zukunftstechnologien im Bereich der Computersimulation, der K\u00fcnstlichen Intelligenz und der industriellen Optimierung ist. Wir betreiben mit Nachdruck die Integration dieser Technologie in unsere modulare Supercomputer-Umgebung.<\/p>\n

Falls das Thema Quantencomputing Sie nun neugierig gemacht hat: Eine sch\u00f6ne \u00dcbersicht \u00fcber das Thema Quantencomputer finden Sie hier<\/a> oder auch hier<\/a>.<\/strong><\/p>\n

Eine Zusammenstellung unserer Artikel \u00fcber das Thema Quantenphysik ist hier.<\/a><\/strong><\/p>\n

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Quantencomputing ist derzeit in aller Munde – es soll sozusagen der Quantensprung in der IT sein. Nun gaben k\u00fcrzlich das Forschungszentrum J\u00fclich (FZ J\u00fclich) sowie Google bekannt, in der Erforschung von Quantencomputern zusammenzuarbeiten – wir berichteten. Grund genug f\u00fcr uns, noch einmal genauer nachzufragen. Prof. Dr. Kristel Michielsen, Group leader “Quantum Information Processing” & Member […]<\/p>\n","protected":false},"author":1706,"featured_media":510683,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":"","footnotes":""},"categories":[36843],"tags":[36864,25402,37463],"location":[24328],"article_type":[],"serie":[],"archives":[],"internal_archives":[],"reboot-archive":[],"class_list":["post-177482","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-digital-de-de","tag-fz-juelich","tag-google-de","tag-quantencomputing","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":{"subtitle":"","text_display_homepage":false},"author_meta":{"display_name":"Almut Otto","author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/almut-otto\/"},"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/quantum-computer-3679893_1280.jpg","coauthors":[],"tax_additional":{"categories":{"linked":["Digital<\/a>"],"unlinked":["Digital<\/span>"]},"tags":{"linked":["FZ J\u00fclich<\/a>","Google<\/a>","Quantencomputing<\/a>"],"unlinked":["FZ J\u00fclich<\/span>","Google<\/span>","Quantencomputing<\/span>"]}},"comment_count":"0","relative_dates":{"created":"Posted 7 years ago","modified":"Updated 7 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on July 15, 2019","modified":"Updated on July 15, 2019"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on July 15, 2019 2:36 pm","modified":"Updated on July 15, 2019 2:36 pm"},"featured_img_caption":"","series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/177482","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1706"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=177482"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/177482\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media\/510683"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=177482"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=177482"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=177482"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=177482"},{"taxonomy":"article_type","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/article_type?post=177482"},{"taxonomy":"serie","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/serie?post=177482"},{"taxonomy":"archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/archives?post=177482"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=177482"},{"taxonomy":"reboot-archive","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/reboot-archive?post=177482"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}