Quanten-KI: Wie Quantencomputer die künstliche Intelligenz revolutionieren

• Vielversprechende Kombination aus Quantencomputing und künstlicher Intelligenz
• Bahnbrechendes Potenzial durch Quanten-KI
• Von der Pharmaindustrie bis zum Finanzsektor

Nach dem Hype rund um künstliche Intelligenz, durch welchen insbesondere der Chipgigant NVIDIA stark in den Fokus gerückt ist, scheinen die Märkte nun vor einer neuen Revolution zu stehen, die durch die Verschmelzung zweier bahnbrechender Technologien möglich wird: Quantencomputer - an der Börse vertreten etwa durch D-Wave Quantum, IonQ oder auch Rigetti Computing - und künstliche Intelligenz (KI). Diese sogenannte Quanten-KI verspricht, komplexe Probleme zu lösen, die mit herkömmlichen Technologien bislang unüberwindbar schienen.

Enormes Potenzial von Quantencomputing

Der globale Markt für Quantencomputing wurde im Jahr 2023 auf 885,4 Millionen US-Dollar geschätzt, bis 2032 könnte er voraussichtlich auf 12,6 Milliarden US-Dollar steigen, heisst es bei MarketWatch. Bis 2040 könnte ausserdem ein wirtschaftlicher Wert zwischen 450 und 850 Milliarden US-Dollar generiert werden, prognostiziert die Boston Consulting Group.

Besondere Aufmerksamkeit sollte dabei aber vor allem der Kombination aus Quantencomputern und künstlicher Intelligenz beigemessen werden, sind sich zahlreiche Experten einig. Doch was steckt hinter dieser faszinierenden Kombination, und welche Veränderungen könnte sie mit sich bringen?

Was bedeutet Quanten-KI?

Quanten-KI beschreibt die Synergie aus Quantencomputing und künstlicher Intelligenz. Quantencomputer nutzen die Gesetze der Quantenmechanik, um Berechnungen durchzuführen, die weit über die Fähigkeiten klassischer Computer hinausgehen. So laufen diese Berechnungen in der Regel exponentiell schneller ab, wodurch Probleme häufig innerhalb von Sekunden gelöst werden können. Im Gegensatz zu Bits, die in klassischen Computern entweder den Wert 0 oder 1 haben, arbeiten Quantencomputer mit Qubits, die dank des Superpositionsprinzips gleichzeitig mehrere Zustände einnehmen können, wie etwa MarketWatch erklärt. Diese Eigenschaft ermöglicht eine massive Parallelisierung von Berechnungen. Künstliche Intelligenz hingegen basiert auf Algorithmen, die Daten analysieren, Muster erkennen und Vorhersagen treffen. Kombiniert man die immense Rechenleistung von Quantencomputern mit den fortschrittlichen Modellen der KI, entstehen Lösungen, die traditionelle Systeme in den Schatten stellen. Wie das Fraunhofer Institut erklärt, entsteht durch die Verbindung dieser zwei Schlüsseltechnologien ein "neues interdisziplinäres Forschungsgebiet: das Quanten-Maschinelle Lernen (QML)". Diese Quanten-KI wertet die Fähigkeiten der KI mit Quantengeschwindigkeit und Problemlösungsfähigkeiten auf, wie bei MarketWatch beschrieben wird. Das Ergebnis: KI-Systeme, die möglicherweise genauere Vorhersagen treffen, tiefere Erkenntnisse gewinnen und komplexe Optimierungsprobleme in mehreren Bereichen lösen können.

Von der Pharmaindustrie bis zum Finanzsektor

Quanten-KI bietet umfangreiche und vielfältige potenzielle Anwendungsgebiete, von der Pharmaindustrie bis hin zum Finanzsektor. Auch zahlreiche Tech-Konzerne wie etwa Google und IBM oder das CERN, die europäische Forschungseinrichtung für Teilchenphysik in der Nähe von Genf, untersuchen das Potenzial des maschinellen Quantenlernens. "Unsere Idee ist es, Quantencomputer einzusetzen, um klassische Machine-Learning-Modelle zu beschleunigen oder zu verbessern", erklärte die Physikerin Sofia Vallecorsa, die am CERN eine Forschungsgruppe für Quantencomputer und maschinelles Lernen leitet.

Quanten-KI könnte etwa in der Medizin enorme Vorteile mit sich bringen. So könnten mit ihrer Hilfe molekulare Interaktionen simuliert werden, um Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung neuer Medikamente und Behandlungen zu reduzieren. Untersuchungen von IBM zufolge liege die praktische Entwicklung von Medikamenten bereits innerhalb der Möglichkeiten heutiger Quantencomputer. Auch im Bereich der Klimawissenschaft könnte die Kombination aus Quantencomputing und KI nützlich sein. So könne Quanten-KI beispielsweise dabei unterstützen, Prozesse wie Wettervorhersagen und -prognosen erheblich zu verbessern. Quanten-KI könnte sich zudem als "entscheidendes Tool für die Weiterentwicklung der Klimawissenschaft erweisen, von der Prüfung der Wirksamkeit von Initiativen zur Kohlenstoffreduzierung bis hin zur Entwicklung experimenteller grüner Technologien", heisst es bei IBM. Quantenverstärkte KI könnte ausserdem bei der Entwicklung neuer Materialien mit spezifischen Eigenschaften unterstützen, heisst es bei MarketWatch, etwa für leichte, superstarke Legierungen für die Luft- und Raumfahrt oder die Energiespeicherung. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Finanzbereich. Hier könnte sie helfen, Risiken genauer zu bewerten, komplexe Handelsstrategien zu optimieren, Anlageportfolios zu optimieren, riesige Mengen an Finanzdaten schneller zu bearbeiten, genauere Marktprognosen zu treffen und Betrug effektiver zu erkennen. Logistik und Verkehr könnten ebenfalls von Quanten-KI profitieren, etwa durch die Optimierung von Lieferketten, Verkehrsflüssen und Routenplanung, die durch die Kombination von KI und Quantencomputing auf ein neues Level gehoben werden könnten.

Prof. Christian Bauckhage vom Fraunhofer IAIS in Sankt Augustin erläutert: "Mathematisch betrachtet sind viele KI-Probleme so genannte kombinatorische Optimierungsprobleme, etwa optimale Lieferrouten zu bestimmen. Wenn solche Probleme komplex sind, also viele Variablen enthalten, ist es heute auf digitalen Computern sehr schwer bis unmöglich, optimale Lösungen in vertretbarer Zeit zu finden. Quantencomputern hingegen könnten dies in kürzester Zeit bewältigen".

Herausforderungen und Hürden

Trotz des enormen Potenzials steht die Quanten-KI noch vor einigen Herausforderungen. Quantencomputer sind aktuell noch recht fehleranfällig und benötigen extrem niedrige Temperaturen, um stabil zu arbeiten. Zudem fehlt es an ausreichend skalierbaren Anwendungen, die von der Quanten-KI profitieren könnten. Auch die Kosten für die Entwicklung und Wartung von Quantencomputern sind bislang enorm hoch.

Die Zukunft der Quanten-KI

Dennoch ist der Fortschritt unaufhaltsam. Tech-Giganten wie Google, IBM und Microsoft investieren Milliarden in die Entwicklung von Quantencomputern und Quantenalgorithmen. Gleichzeitig werden immer mehr Universitäten und Forschungszentren eingerichtet, die sich speziell auf Quanten-KI konzentrieren.

Im Hinblick auf diese Entwicklungen dürfte es nur eine Frage der Zeit sein, bis diese Technologie reif genug ist, um in grossem Massstab eingesetzt zu werden. Experten prognostizieren, dass die Quanten-KI innerhalb der nächsten Jahrzehnte eine zentrale Rolle in nahezu allen Lebensbereichen spielen wird.

Redaktion finanzen.ch