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Staus vermeiden und Tsunamis überleben

Quantencomputer versprechen eine enorme Steigerung der Rechnerleistungen. Zusammen mit D-Wave, Vorreiter in dieser revolutionären Technologie, und Google erarbeitet Volkswagen neue Anwendungsgebiete.

Zwei Data:Labs kümmern sich im Volkswagen Konzern um das Thema Quantencomputing: In San Francisco und in München

Das Thema der Gesprächsrunde klang schon ungewöhnlich genug: „Das Potenzial von Quanten-Maschinen entfesseln“. Doch fast noch bemerkenswerter war die Zusammensetzung der drei Sprecher, die sich am Dienstag über Quantencomputing auf der großen Bühne des CEBIT-Standes von Volkswagen unterhalten sollten: Markus Hoffmann von Google in München, Volkswagen IT-Chef Martin Hofmann und Bo Ewald, Präsident von D-Wave, kanadischer Vorreiter in dieser revolutionären Technologie. Eine beeindruckende Forschungsallianz, die sich erstmals in dieser Form gemeinsam präsentierte. Und die Bo Ewald auf der CEBIT mit der guten Portion Can-Do-Spirit befeuerte, als er sagte: „Lasst es uns probieren, lasst es uns einfach machen!“

Vielerorts scheint solche Überzeugungsarbeit noch nötig, Quantencomputing gilt als eine Spezialdisziplin der Computertechnologie. Denn die technischen Grundlagen dafür sind anspruchsvoll. Aber der Nutzen, der aus dieser neuen Art von Computern resultieren wird, ist der Einschätzung vieler Experten zufolge bahnbrechend. „Wir können damit das Leben von Menschen und ihre Mobilität verbessern. Und das in jeder Stadt auf der Welt“, sagte Martin Hofmann von Volkswagen auf der CEBIT. 

Data Scientist Christian Seidel findet mit Quantencomputern alle möglichen Lösungen für ein Problem – und testet sie alle gleichzeitig

Ähnliche Worte bekommt man zu diesem Thema im Data:Lab von Volkswagen in München zu hören. München ist neben dem Code:Lab in San Francisco der zweite wichtige Forschungsstandort von Volkswagen für dieses Thema. Wer dort nachfragt, dem erklärt Data Scientist Christian Seidel gerne, was das überhaupt ist, ein Quantencomputer. Während alle üblichen Rechner heute auf der Grundlage binärer Zahlen funktionieren, also einer kleinsten Informationseinheit, die entweder „0“ oder „1“ ist, arbeiten Quantencomputer mit Qubits. „Diese Einheit existiert als Überlagerung der Zustände „1“ und „0“ und allen, die dazwischen liegen, gleichzeitig“, sagt Christian Seidel. Es mag für Laien verwirrend klingen, aber daraus ergeben sich faszinierende Möglichkeiten, wie Seidel erläutert: „Alle Möglichkeiten für die Lösung eines Problems können gleichzeitig ausgetestet werden. Sollte es gelingen, viele Qubits stabil miteinander zu verschränken, ergäbe sich daraus eine enorme exponentielle Rechenleistung, die völlig neue Anwendungsfelder eröffnen würde.“

  • Erste praktische Anwendung
  • Premiere in Europa
  • Weltumspannendes Forschungsnetzwerk

Einige IT-Konzerne arbeiten bereits an der Entwicklung von praxistauglichen Quantencomputern, doch bislang bietet nur D-Wave ein kommerzielles Modell an. Auf der CEBIT 2017 stellte das kanadische Unternehmen zusammen mit Volkswagen den Quantencomputer D-Wave 2000Q™ vor, dessen Prozessor 2.048 Qubits mit Kopplern verbindet. Damit ist Erstaunliches möglich: So haben Data Scientists und KI-Spezialisten von Volkswagen die Maschinen von D-Wave dazu benutzt, eine Verkehrsflussoptimierung in der chinesischen Mega-Metropole Peking anzuschieben. Mit den Fahrdaten von einigen hundert Taxis wurden erfolgreich optimale Routen berechnet, auf denen die Taxis Staus umgehen konnten.

Christian Seidel stellt mit Blick auf diese erste Kooperation erfreut fest: „Die Resonanz war durchweg positiv und gab den Anstoß für weitere Projekte.“ Auch der Quantencomputer-Hersteller profitiert von der Zusammenarbeit mit dem Konzern, wie Bo Ewald von D-Wave sagt: „Volkswagen hat mit dem Algorithmus zur Verkehrsflussoptimierung in Peking die erste Proto-Anwendung entwickelt, mit der man den Nutzen und das Potential von Quantencomputern auch seinen Eltern erklären kann. Es ist kein esoterisches Gedankenexperiment, sondern zeigt auf, wie unsere Technologie Alltagsprobleme löst. Dieser praktische Ansatz von Volkswagen weist uns den Weg bei der Entwicklung der nächsten Hardware-Generation und unserer Interface-Oberflächen.“

Als D-Wave Systems im April zusammen mit Volkswagen zum ersten Entwickler- und Anwender-Symposium für Quantencomputing in Europa einlud, las sich die Teilnehmerliste wie ein „Who is Who“ der Quantencomputer–Szene. Professor Hidetoshi Nishimori vom Tokyo Institue of Technology referierte über jüngste Fortschritte in der Grundlagenforschung, es folgten Vorträge von Vertretern der Europäischen Kommission, der NASA, dem DLR, Lockheed Martin und Airbus.  

Einen unerwarteten Aha-Moment erlebten Christian Seidel und seine Kollegen von Volkswagen, als Masayuki Ohzeki von der Tohoku University die Bühne der Konferenz betrat. Der japanische Forscher stellte einen Algorithmus vor, der dank eines Quantencomputers in der Lage ist, optimale Fluchtwege im Falle eine Tsunamis zu errechnen. In Echtzeit. Das Programm ermittelt anhand der GPS-Daten der Smartphones von Millionen von Betroffenen die exakte Position jedes Einzelnen und errechnet individuell den Weg zur nächstgelegenen sicheren Stelle – unter Berücksichtigung der akuten Verkehrslage und eventueller Fluchtbewegungen.

Die Grundlage für diese hochkomplexe Berechnung bildet der Volkswagen Algorithmus zur Verkehrsflussoptimierung in Peking. Christian Seidel: „Natürlich haben wir unsere Ergebnisse in wissenschaftlichen Veröffentlichungen geteilt. Aber ich hätte nicht erwartet, dass sie am anderen Ende der Welt für ein völlig anderes Problem eine Lösung herbeiführen. Das ist großartig.“

Anwendungen sollen Skeptiker überzeugen

Bo Ewald sagt: „Wir befinden uns an einem Wendepunkt, einer Zeit vergleichbar mit dem Entwicklungsstand der Computertechnologie in den 1950er Jahren, als der Übergang von Vakuumröhren zu Transistoren stattfand, die bis heute im Einsatz sind.“ Konzerne wie IBM brachten damals die ersten Computer dieser neuen Generation auf den Markt, doch Anwendungen waren rar. „Die Leute wussten damals noch nicht so recht, was sie damit anfangen sollten. Es gab noch keine Textverarbeitung, keine Tabellenkalkulationen, keine Kartendienste“, sagt Bo Ewald. Dann entwickelte eine kleine Gruppe smarter Leute sinnvolle Software-Tools. Schon bald konnten zum Beispiel Automobil-Ingenieure die optimale Aerodynamik errechnen, Leichtbauweisen untersuchen oder die Motorenleistung optimieren.

Ähnlich ist es heute. Quanten-Computer haben bereits in einer Reihe von Anwendungen gezeigt, dass sie praxistaugliche Ergebnisse liefern. Bei der Verkehrsoptimierung und bei Tsunami-Fluchtwegen, aber auch bei der Optimierung des Luftwiderstandes von Pkw-Rückspiegeln. Eine hochinteressante Anwendung ist die Simulation von Batterien von Elektrofahrzeugen. Die Abläufe auf mikroskopischer Ebene sind hier so komplex, dass Experten derzeit noch physische Prototypen bauen müssen, was Zeit und Geld kostet. Mit Quantencomputern könnte es möglich werden, die Batteriechemie realistisch zu simulieren – entscheidend für die Weiterentwicklung neuer Batterien für die E-Mobilität der Zukunft.

„Warum investiert Volkswagen als Autobauer zum jetzigen Zeitpunkt in solche Grundlagenforschung?“ Diese Frage eines Messebesuchers konnte Volkswagens IT-Chef Martin Hofmann beim CEBIT-Talk einfach beantworten. „Ich glaube an exponentielle Technologie. Aber die Lernkurve in diesem Bereich ist sehr lang. Und dann besteht einfach die Gefahr, dass man hinter dieser Welle zurückbleibt, wenn sie ansteigt.“ Know-how in diesem Bereich müsse jetzt aufgebaut und Mitarbeiter müssten jetzt in dieses Themengebiet einsteigen, damit der Konzern nicht später den Anschluss verliere. „Wir sind überzeugt: Know-how, das wir heute aufbauen, wird uns einen Wettbewerbsvorteil sichern“, sagte Martin Hofmann.