Wirtschaft

IQM-Chef Jan Goetz ist vom Siegeszug der Quantencomputer (im Hintergrund ist das Innenleben zu sehen) überzeugt. (Foto: IQM)

09.07.2021

"Quantencomputer machen ständig Fehler"

Jan Goetz, Vorstandsvorsitzender der IQM Quantum Computers aus München, über die neue Technologie und wie sie zuverlässig wird

Von Quantencomputern verspricht man sich viel. Sie sollen wesentlich schneller arbeiten als herkömmliche Computer. Seit Kurzem steht in Ehingen bei Stuttgart Europas erster Quantencomputer. Doch in München ist man ihm auf den Fersen. IQM Quantum Computers ist mit im Rennen um die neuen Superrechner. Schließlich verspricht sich die Branche von den neuen Superhirnen ein Milliardengeschäft.

BSZ: Herr Goetz, seit wann interessieren Sie sich für Quantencomputer?
Jan Goetz: Ich beschäftige mich seit gut zehn Jahren mit dem Thema. Zu diesem Zeitpunkt habe ich an der TU München meine Masterarbeit über Quantenschaltkreise geschrieben. Das war am Walther-Meißner-Institut für Tieftemperaturforschung, an dem ich später auch promoviert habe. Vor zehn Jahren war das Feld aber noch komplett anders als heute. Da war Quantencomputing lediglich in der Wissenschaft ein Thema. Die Quantenbegeisterung begann dann Mitte der 2010er-Jahre, als Firmen wie Google und IBM stärker in das Feld eingestiegen sind.

BSZ: Wofür braucht man Quantencomputer?
Goetz: Heutzutage sind Quantencomputer noch nicht in der Lage, Geschäftsvorteile für Firmen zu liefern. Sie liefern aber schon Proof-of-Concept-Ergebnisse in Anwendungen, die für viele Firmen attraktiv sind. Das beinhaltet beispielsweise die Simulation von Molekülen, die Optimierung von Verkehrsflüssen oder die Preisfindung für Derivate. In der Zukunft erhofft man sich, dass Quantencomputer auch in wichtigen anderen Feldern wie der Wirkstoffentwicklung für Medikamente oder der Entdeckung neuer funktionaler Materialien disruptiv beitragen. Das könnte dann beispielsweise bessere LEDs oder Batterien hervorbringen. Bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg, und vor allem die Hardware muss sich noch stark weiterentwickeln. Das ist genau, womit wir uns bei IQM und speziell in München beschäftigen: die Entwicklung effizienter Hardware, die auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten ist. Wir hoffen somit, in der Zukunft Quantencomputer zu vermarkten, die zu einer besseren Welt beitragen.

BSZ: Wenn Quantencomputer immer schlauer, schneller und selbstlernender werden, geht dann irgendwann wie in Science-Fiction-Filmen die Gefahr von ihnen aus, dass sie den fehlbaren Menschen eliminieren?
Goetz: Ironischerweise sind Quantencomputer selbst nicht unfehlbar und machen ständig Fehler. Das liegt in der Natur der Sache, dass sie der Quantenphysik folgen. Hier ist eine gewisse Unsicherheit intrinsisch eingebaut, was dazu führt, dass man in der Regel keine exakten Ergebnisse erhält, sondern Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Je mehr Fehler der Quantencomputer macht, desto ungenauer wird das Ergebnis. Ein Großteil unserer Forschung geht dahin, diese Fehler in der Zukunft zu minimieren. Grundsätzlich kann ich Sie also beruhigen: Einen unfehlbaren Quantencomputer, der die Menschheit kontrolliert, wird es so schnell nicht geben.

BSZ: Wieso machen Quantencomputer ständig Fehler? Ist es überhaupt sinnvoll, sich mit einem System zu befassen, das ständig Fehler macht? Wie soll so eine Technologie jemals auf verlässliche Weise arbeiten? Man stelle sich nur vor, ein fehleranfälliger Quantencomputer steuert kritische Infrastrukturen.
Goetz: Natürlich ist es nicht förderlich, dass Quantencomputer ständig Fehler machen. Dies ist allerdings kein unüberwindbares Hindernis und es ist einem Quantencomputer dennoch möglich, das Ergebnis einer sehr komplexen Berechnung schneller zu liefern, als ein klassischer Computer dies könnte. Die Ursache für die Fehler liegen darin, dass Qubits im strengen Sinn nicht digital sind – im Gegensatz zu Bits, die nur Null oder Eins sein können. Dadurch, dass sich ein Qubit in einem Überlagerungszustand befinden kann, kommt eine Ungenauigkeit hinzu. Sagen wir, unser Ziel sei es, das Qubit in einen Zielzustand zu bringen, der 50 Prozent Null ist und 50 Prozent Eins. Wenn wir nun etwas ungenau arbeiten, erreichen wir beispielsweise einen Zustand, der 49 Prozent Null ist und 51 Prozent Eins. Dies ist ein Fehler, der sich in einer Berechnung fortsetzt.

BSZ: Was machen Sie, um die Fehler zu reduzieren?
Goetz: Die zwei Strategien, um die Auswirkung der Fehler zu minimieren, sehen wie folgt aus: Erstens muss man derzeit mit den Fehlern leben und kann sie nur durch höhere Qualität verringern. Um den Effekt der Fehler zu bereinigen, wird eine Berechnung viele Male wiederholt, sodass sich die Fehler gegenseitig wegmitteln. Zweitens kann man in der Zukunft und mit wachsender Technologiereife Fehler in Echtzeit korrigieren. Das heißt, man hat ein geschlossenes Feedback System, welches die Fehler detektiert und instant korrigiert. Das nennt man Fehlerkorrektur und ist sozusagen der Heilige Gral im Quantencomputing.

BSZ: Woher nehmen Sie als mittelständisches Start-up-Unternehmen den Mut, gegen Industriegiganten aus den USA oder China anzutreten, bei denen bekanntlich Milliarden Subventionen für Forschung und Entwicklung investiert werden?
Goetz: Quantentechnologien sind in der Regel nicht günstig, allerdings ist Geld hier nicht unbedingt der Weisheit letzter Schluss. Um ein erfolgreiches Technologieunternehmen aufzubauen, braucht man in der Regel drei Dinge: ein starkes Team, innovative Ideen und eine gute Infrastruktur. Wenn man dieses Trio zusammen hat, kommen normalerweise auch die notwendigen Investitionen zusammen. In IQM haben wir ein weltführendes Team aus Quantenexperten zusammengestellt. Von unseren über 100 Mitarbeitern haben über 50 einen Doktortitel. Mehrere Mitarbeiter halten sogar einen Professortitel. Die Technologie, die wir bauen, ist hochinnovativ und kann gut mit den Prozessoren der Konkurrenz standhalten. Unsere Entwickler kommen außerdem fast täglich mit neuen innovativen Ideen hervor. Wir haben derzeit zwei Vollzeitkräfte, die sich nur mit der Patentierung unserer Ideen beschäftigen. Was die Infrastruktur angeht, so können wir uns sowohl in München als auch in Helsinki auf eine lange Forschungstradition im Bereich der Quantentechnologien verlassen. In München fokussieren wir uns vor allem auf die Integration der Quantencomputer in Hochleistungsrechenzentren wie dem LRZ. Das ist für uns die Zukunft. Insofern können wir voller Selbstbewusstsein in die Zukunft blicken. Mit der notwendigen Unterstützung aus der Politik haben wir meiner Meinung nach sehr gute Chancen, international zu bestehen.

BSZ: Wann wird es die ersten Quantencomputer in Serienfertigung geben?
Goetz: Wie schon angesprochen, gehören Quantencomputer unserer Meinung nach in Rechenzentren. Demnach ist die Stückzahl in Serienfertigung nicht unbedingt vergleichbar mit Prozessoren, die in Handys oder der klassischen Computerindustrie verbaut werden. Was die Bestückung von Rechenzentren angeht, so ist unser Ansatz, Produkte für Anbieter von Supercomputern zu liefern. So haben wir beispielsweise eine starke Partnerschaft mit Atos, die ihrerseits vorhaben, bis 2023 einen Quantencomputer als Beschleuniger in ihre Systeme zu integrieren. Hier sehen wir eine sehr gute Chance, der Serienfertigung einen Schritt näherzukommen. Bis Quantencomputer massenhaft aus einer Fabrik entspringen, ist es aber noch ein weiter Weg.

BSZ: Wie steht es um den Stromverbrauch? Sind Quantencomputer Stromfresser?
Goetz: Quantencomputer haben das Potenzial, sehr energieeffizient im Vergleich zu Hochleistungsrechnern zu sein. Das setzt aber voraus, dass wir noch ein paar Entwicklungsschritte in der Steuerungselektronik machen. In diesem Fall kann man sie als effiziente Beschleuniger von klassischen Computern sehen. Das liegt vor allem auch daran, dass sie die Rechenzeit deutlich verkürzen. So hat beispielsweise Google eine Berechnung in 200 Sekunden durchgeführt, für die der stärkste Rechner der Welt 10.000 Jahre gebraucht hätte. Hierbei hat die Google-Maschine etwa zehn Kilowatt Leistungsabnahme, während ein Rechenzentrum eher zehn Megawatt verbraucht. Aus diesen Zahlen wird das Potential sehr gut deutlich.

BSZ: IQM hat Firmensitze in Finnland und in München. Ist es nun ein finnisches oder ein deutsches Unternehmen?
Goetz: Wir sehen uns als europäisches Unternehmen und haben die europäischen Werte tief in unserer Unternehmenskultur verankert. So verfolgen wir beispielsweise einen sehr offenen und kooperativen Ansatz. Wir arbeiten eng mit verschiedenen Forschungseinrichtungen und Unternehmen zusammen. Wir sind überzeugt, dass wir in Europa das nötige Ökosystem haben, um mit den Technologie-Giganten aus den USA und China mithalten zu können. Das bedeutet aber, dass wir über Grenzen hinweg zusammenarbeiten und die Kräfte bündeln müssen. Was unsere beiden Unternehmensstandorte in München und Helsinki angeht, so ergänzen diese sich ganz hervorragend. In Finnland können wir auf eine lange Tradition im Bereich der Mikrowellentechnologie aus Nokia-Zeiten und Fertigungslinien für supraleitende Schaltkreise zurückgreifen. So etwas gibt es in Deutschland in dieser Form leider nicht. Dafür haben wir in Deutschland das deutlich stärkere Potenzial für Anwendungen. Deshalb haben wir unseren Hardware-Fokus in Finnland und entwickeln die anwendungsspezifischen Designs in Deutschland, wo wir deutlich näher am Kunden sind.

BSZ: Vor Kurzem wurde das Munich Quantum Valley gegründet, an dem verschiedene Universitäten und Forschungseinrichtungen beteiligt sind. Was erwarten Sie sich von dieser Einrichtung und welche Rolle kann Ihr Unternehmen dabei spielen?
Goetz: Das MQV ist ein fokussierter Ansatz, um die Forschung im Bereich Quantentechnologien in München zu bündeln. Hier haben sich mehrere Forschungseinrichtungen zusammengetan, um verschiedene Ansätze der Quantentechnologien zu koordinieren und die Entwicklung zu beschleunigen. Wir unterstützen diese Aktivitäten und versuchen uns als Industriepartner einzubringen. Wir erwarten hier vor allem, dass neue Ideen aus der Wissenschaft entstehen, die uns bei der Kommerzialisierung der Technologie weiterhelfen. Auch erhoffen wir uns, dass mehr hervorragend ausgebildete Quantenexperten den Weg nach ihrem Studium oder der Promotion zu uns in die Firma finden.

BSZ: Kurz nach der Etablierung des Munich Quantum Valley wurde auch noch ein Quantum Integration Center gegründet. Was soll diese Einrichtung leisten und worin unterscheidet sie sich vom Munich Quantum Valley?
Goetz: Das Quantum Integration Center ist eine Anstrengung, Quantencomputer in Hochleistungsrechenzentren, speziell des LRZ, zu integrieren. Während das MQV versucht, die grundlegende Technologie zu entwickeln, versucht das Integration Center, vorhandene Technologie in die Anwendung zu bringen. Das ist für uns als Hardware-Partner des LRZ äußerst wichtig, weil es eher unserem Geschäftsmodell entspricht. So wollen wir gerne unsere vorhandene Technologie verkaufen und dadurch weiterentwickeln. In ähnlicher Weise haben wir beispielsweise in Finnland an das staatliche Forschungszentrum einen dreistufigen Quantencomputer verkauft. Auch an das LRZ werden wir in einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt eine Versuchsanlage liefern.

BSZ: Worin besteht der spezifische Vorteil des Standorts München gegenüber anderen deutschen Standorten beziehungsweise gegenüber weiteren Initiativen innerhalb der EU?
Goetz: Neben der starken Forschungslandschaft zeichnet sich München vor allem durch die stark vertretene Industrie aus. Das war für uns ein maßgeblicher Faktor bei der Entscheidung für München. So haben wir mit Infineon eine Firma, die mit ihrer Technologie sehr gut in das Thema passt und beispielsweise auch ein Partner in unserem Projekt am LRZ ist. Des Weiteren hat Atos eine starke Vertretung in München, was uns bei der Entwicklung der Supercomputing-Schnittstellen hilft. Besonders aber zeichnet sich München durch eine hohe Dichte möglicher Anwender aus. So gibt es beispielsweise mit Firmen wie BMW, Munich RE oder Siemens viele Industriefirmen, die vom Quantencomputing profitieren können.

BSZ: Erhalten Sie bei Ihrer Arbeit Unterstützung von der bayerischen Staatsregierung und wenn ja, von welchen Ministerien?
Goetz: Wir sind in gutem Austausch mit dem bayerischen Wirtschaftsministerium und erhalten da auch tatkräftige Unterstützung. Unsere Hoffnung ist, dass in Bayern nicht nur Grundlagenforschung wie etwa im MQV gefördert wird, sondern auch Technologie- und System-Start-ups. Es wäre für den Standort München sicherlich nicht schädlich, wenn wir in der Lage wären, hier eines unserer Systeme verkaufen zu können. Das würde unsere Verankerung in München deutlich stärken. Es gibt derzeit nicht viele Firmen, die solche Systeme anbieten können, und wir sehen starkes Interesse auch an anderen Standorten.

BSZ: Wie kann man den aktuellen Status der Förderung der Quantentechnologie durch die Bundesregierung beschreiben und welches sind die fördernden Ressorts?
Goetz: Seit Kurzem ist bekannt, wie die zwei Milliarden Euro aus dem Konjunkturpaket des letzten Sommers vergeben werden. Das Geld teilt sich grob auf das Forschungsministerium und das Wirtschaftsministerium auf. Bei Letzterem ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt für die Mittelvergabe verantwortlich. Dort wird beispielsweise ein neues Quantenzentrum in Ulm entstehen. Das Forschungsministerium fördert größere Forschungsvorhaben zum Bau von Quantencomputern. Hier ist aber auch ein Forschungskauf eines Systems vorgesehen. Grundsätzlich hat das Ministerium damit die Grundlage geschaffen, auch Start-ups wie IQM effizient zu unterstützen. Jetzt liegt es an uns, hier ein konkurrenzfähiges und aussichtsreiches Angebot abzugeben.
(Interview: Ralph Schweinfurth)

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