Vom Prototyp zur Produktion: Der leitende Datenwissenschaftler David Von Dollen über den Einsatz von Quantencomputing bei Volkswagen

Höhepunkte:

• Obwohl die Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, erforscht Volkswagen das Quantencomputing wegen seines unglaublichen Potenzials zur Beschleunigung von Geschäftsprozessen.
• In den vergangenen fünf Jahren hat Volkswagen Quantencomputing-Lösungen in verschiedenen Bereichen des Unternehmens getestet und erfolgreich prototypisch umgesetzt.
• Der leitende Datenwissenschaftler von Volkswagen, David Von Dollen, ist der Meinung, dass Bereiche wie Logistik, Mobilität, Materialdesign und Optimierung reif dafür sind, durch Quantencomputing optimiert zu werden.

 Es liegt in der Natur der Sache, dass Automobilunternehmen schnelllebig sein müssen. Kein Wunder also, dass sich der globale Automobilriese Volkswagen seit langem der Erforschung neuer Technologien verschrieben hat. 

In der Erkenntnis, dass die Beherrschung des Quantencomputings Zeit braucht, beauftragte Volkswagen America 2016 den leitenden Datenwissenschaftler David Von Dollen mit der Erstellung von Prototypen und dem Testen verschiedener Quantencomputing-Lösungen für verschiedene Bereiche des Unternehmens.

Ziel der Untersuchung war es, die neue Technologie so einzusetzen, dass sie dem Unternehmen einen Mehrwert bringt. "Wir waren der Meinung, dass (Quantencomputing) ein enormes Potenzial für die Erschließung von Werten in der Logistik und im Mobilitätsbereich sowie für die Entwicklung und Optimierung von Materialien hat", erklärt David. 

‍In einer Folge des Podcasts The Qubit Guyspricht David über die Forschung von Volkswagen im Bereich Quantencomputing, die (bisherigen) Erfahrungen, die kritischen Synergien, die Unternehmen brauchen, um Werte zu schaffen, und die wesentlichen Talente, die ein gutes Quantenteam braucht. 

Das erste Quantencomputing-Projekt von Volkswagen befasst sich mit dem Verkehr

Das erste Projekt, mit dem sich das Volkswagen Team beschäftigte, war die Optimierung des Verkehrsflusses mit einem Quantenglätter. "Im Wesentlichen haben wir uns die Taxirouten in der Stadt Peking angesehen", erklärt David. "Wir wollten eine globale Konfiguration von Routen für Taxis finden, die den Verkehrsfluss im Straßennetz maximiert."

2019 hat Volkswagen seine erste quantengestützte Produktionsanwendung auf den Markt gebracht. Basierend auf dem klassischen Bus-Optimierungsproblem hat sich Volkswagen in Lissabon während des jährlichen WebSummit, der Zehntausende von Menschen in die portugiesische Hauptstadt lockte. Das Projekt demonstrierte eine praktische Anwendungsmöglichkeit für Quantencomputer. 

Im darauffolgenden Jahr setzte Davids Gruppe ihre Untersuchungen zum Quantencomputing fort, indem sie gemeinsam mit Google ein Papier über das TensorFlow Quantum, einer quelloffenen Bibliothek für maschinelles Lernen mit Hilfe von Quanten.

Möglichkeiten und Fallstricke: Einsatz einer Quantenglühanlage für ein Codierungsprojekt in einer Lackiererei

Das Team untersuchte auch eine binäre Kodierung für die Lackiererei und nutzte dabei QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm) auf Gate-Modell-Computern. Für das Projekt konnte Davids Gruppe mit der Lackiererei iterieren, um ihre Erfolgskriterien zu definieren, das Problem und die Geschäftsanforderungen zu verfeinern und schnell zu einer Lösung zu gelangen. Durch diese Verfeinerung, so David, wurde das Problem zu einer "Multi-Car-Optimierung für die Lackiererei unter Verwendung eines Quantenglühers" verallgemeinert.

Diese Anwendung wird derzeit in die Produktion überführt. Während das Projekt in der Lackiererei relativ nahtlos verlief, warnt David davor, dass der Übergang vom Experimentieren und Prototyping zur Produktion nicht immer reibungslos verläuft.  

‍"Die zentrale Herausforderung besteht darin, wie man ein Team, das sich in erster Linie auf Forschung und Entwicklung konzentriert, dazu bringt, etwas in die Produktion zu bringen." sagt David. "Sollte dieses Team für die Produktionsbereitstellung zuständig sein? Sollte es ein anderes Team geben? Das sind offene Fragen, die jedes Unternehmen für sich beantworten kann. Dennoch hält er es für wichtig, dass Architekturüberlegungen, Authentifizierung und eine gute Teststrategie vorhanden sind.

Gelernte Lektionen: Die Bedeutung der Synergie zwischen Geschäfts- und IT-Teams 

Für Unternehmen, die darüber nachdenken, Quantum in ihr Unternehmen einzuführen, sieht David eine zentrale Herausforderung für den Projekterfolg in der Notwendigkeit einer echten Synergie zwischen Geschäfts- und IT-Teams, um das zu lösende Geschäftsproblem zu verstehen".

 Unternehmen, die den Code für die Zusammenarbeit knacken, so David, werden in diesem Spiel ein paar Schritte voraus sein. "Am Ende des Tages wird das Problem darüber entscheiden, ob ein Quantencomputer anwendbar ist oder nicht, sowie über den Wert, den man mit einem Quantencomputer schaffen kann. 

Was macht ein gutes Quantenteam aus?

David hat nicht nur gelernt, wie wichtig die Synergie zwischen Geschäfts- und IT-Teams ist, sondern auch, welche Zutaten ein gutes Quantum-Team braucht. Ein exzellentes Quantenteam besteht aus: 

1) Experten für Hardwaretechnologien. 

Es ist wichtig, jemanden zu haben, der sich mit allen Hardwaretechnologien auskennt und die Stärken und Grenzen verstehen kann. "Zum Beispiel die verschiedenen Arten von QPUs und die Einbettung eines Gattermodells", sagt David. "Wie lang sind die Kohärenzzeiten? Welches sind die maximalen Qubit-Werte, die wir verwenden können? Das sind Dinge, die es dem Team ermöglichen, die Stärken und Schwächen der verschiedenen Hardware zu verstehen.

2) Software-Ingenieure. 

Software-Ingenieure sind von entscheidender Bedeutung, "denn während man Lösungen entwickelt, muss man möglicherweise eine Benutzeroberfläche entwickeln oder herausfinden, wie man den Quantum-Service in die Produktion überführt". 

3) Diverse Experten. 

Über sein Team sagt David: "Wir haben Leute, die sich mit Optimierung und maschinellem Lernen beschäftigen ... und andere, die sich mit Quantenchemie und Materialsimulation beschäftigen. Ich denke also, dass es wichtig ist, Experten in diesen Bereichen aufzubauen, aber auch einige Generalisten, die man ausbilden kann und die innerhalb des Teams wachsen können."

4) Eine Rolle mit Geschäftskontakt. 

Schließlich glaubt David, dass ein Geschäftsanalytiker oder ein Teamleiter "dem Unternehmen helfen kann, zu verstehen, wie es seine Prozesse verbessern und mit der Technologie einen Mehrwert erzielen kann".

Quantum Computing-Unterstützung: Die nächsten Schritte für Ihr Unternehmen

Um den Einstieg eines Unternehmens in das Quantencomputing zu unterstützen, ist David der Meinung, dass Middleware eine leistungsstarke Lösung sein könnte. "Die Entwicklung einer guten Middleware, die es einem Ingenieur ermöglicht, verschiedene Algorithmen schnell zu entwerfen, zu testen und zu bewerten, während er die Backends auswechselt, wird wichtig sein", sagt er.

Auch die Ausbildung ist entscheidend. "Der Einstieg in das Quantencomputing wird immer einfacher. Es gibt immer mehr Ressourcen, mit denen man die kanonischen Algorithmen kennenlernen kann, wie man Schaltkreise aus Gattern zusammensetzt und welche Stärken und Grenzen die Hardware hat", sagt David und fügt hinzu, dass Unternehmen die Möglichkeit haben müssen, sich weiterzubilden.

Er glaubt, dass wir im nächsten Jahr weitere Innovationen im Bereich des maschinellen Lernens mit Quanten und neue Anwendungen des Quantencomputings in verschiedenen Geschäftsbereichen sehen werden. 

Er erwartet, dass neue Hardware- und Software-Plattformen entstehen werden. "Ich bin zuversichtlich, dass wir im Laufe dieses Hype-Zyklus dauerhafte Dinge schaffen, von denen wir lernen können, und eine Generation von Wissenschaftlern heranziehen, die schließlich zu Lösungen beitragen werden, von denen wir heute vielleicht noch nicht einmal wissen, dass sie existieren.

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Dieser Artikel basiert auf einer Episode des Der Qubit Guy-Podcastder sich mit geschäftlichen und technischen Fragen befasst, die das Ökosystem des Quantencomputers betreffen. In dem von Classiq-CMO Yuval Boger moderierten Interview-Podcast kommen Vordenker des Quantencomputings zu Wort.