Podcast mit Dr. Robert Sutor, IBM

Mein heutiger Gast ist Dr. Robert Sutor, Chief Quantum Exponent bei IBM. Bob und ich sprechen darüber, warum IBM auf dem Markt für Quantencomputer tätig ist, was IT-Manager bei der Integration von Quantencomputern in das Unternehmen erwarten sollten, teilen seine Marktprognosen und vieles mehr.

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Yuval Boger (Classiq): Hallo, Dr. Bob, und danke, dass Sie heute bei mir sind.

Dr. Bob Sutor (IBM): Ich freue mich, an einem kalten, regnerischen Oktobermorgen hier in New York zu sein.

Yuval: Wer sind Sie und was machen Sie?

Bob:Wer bin ich? Nun, es hat lange gedauert, bis ich das herausgefunden habe. Ich bin Bob Sutor, ich bin Mitglied des IBM Quantum Leadership Teams. Ich arbeite seit langem bei IBM. Ich bin von Haus aus Mathematiker. Vor kurzem kam ich vor neun Jahren in die Forschung zurück, in die IBM-Forschung, um die Abteilung für mathematische Wissenschaften zu leiten. Und dann bemerkte ich, dass am anderen Ende des Gebäudes, einem Forschungshauptquartier in Yorktown Heights, New York, plötzlich so viel los war. Und dort arbeiteten alle Physiker und Ingenieure ... Ich war ein Mathe- und Computerwissenschaftler, richtig.

Aber es gab eine Menge Aufregung da unten. Und als ich mehr darüber erfuhr, war es das IBM-Quantenprogramm, das im Sinne eines Quantencomputers geboren wurde. Also wechselte ich vor ein paar Jahren dorthin und war eine Art Vizepräsident im Großen und Ganzen, würde ich sagen, mit den geschäftlichen Aspekten ebenso wie mit den technischen.

Und seit kurzem habe ich den Titel "Chief Quantum Exponent", was ein kleines Wortspiel ist. Ich verbringe viel Zeit damit, mit Leuten zu sprechen und über Quantencomputer zu schreiben. Wie Sie wissen, handelt es sich dabei um ein nicht triviales Konzept, das aus einem sehr interessanten Bereich der Wissenschaft stammt, der Quantenmechanik. In gewisser Weise übersetze ich also diese Wissenschaft und die Computeraspekte, um den Leuten zu erklären, wozu das Quantencomputing gut sein wird, wenn wir es erst einmal erreicht haben.

Yuval: Verstehe. IBM stellt also nicht mehr so viele Computer her wie noch vor vielen Jahren. Warum ist IBM überhaupt auf dem Markt für Quantencomputer tätig?

Bob: Nun, ich denke, wenn ich Ihre Aussage ein wenig einschränken darf, wenn wir die reine Menge betrachten, ja, wir haben früher IBM-PCs hergestellt. Ich meine, wir waren in den frühen achtziger Jahren entscheidend daran beteiligt, dass den Markt für Personalcomputer für Unternehmen wirklich auf den Weg brachte. Aber wenn man sich die Finanzinstitute in der ganzen Welt anschaut, dann werden diese immer noch von IBM Z-Computern angetrieben. Bis vor kurzem wurde der größte Supercomputer der Welt von der IBM Power-Technologie angetrieben, nicht wahr? Zusammen mit NVIDIA-GPUs und ähnlichen Dingen.

Man sollte sich also nicht täuschen lassen und denken, dass IBM kein sehr wichtiger Akteur in der IT-Branche ist. Und natürlich auch in der Cloud-Branche.

Nun, im Grunde sind wir ein großes Unternehmen. Uns gibt es schon seit über hundert Jahren. Und wir beschäftigen uns mit Computern und dem, wozu sie gut sind. Ich meine, das ist es, worauf es hinausläuft. Da es uns schon eine Weile gibt, haben wir nicht erst in den letzten Jahren über diese Quantenidee nachgedacht. Tatsächlich reichen unsere frühen Forschungen bis in die 1960er Jahre zurück. Charlie Bennett, der immer noch bei IBM arbeitet, prägte im Februar 1970 den Begriff Quanteninformationswissenschaft.

IBM ist also schon seit über 50 Jahren in der Quantenindustrie tätig. Wir waren die ersten, die 2016 Quantencomputer in die Cloud gestellt haben. Wir haben jetzt 25 Quantencomputersysteme in der Cloud.

Wir haben mehr als 25 Systeme ausgemustert. Wir haben mehr Systeme ausgemustert, ältere Systeme, als wahrscheinlich alle anderen zusammen, oder? Wir sind also dabei, weil wir glauben, dass das Quantencomputing ein sehr wichtiges Element für die Zukunft der Computertechnik ist. Ich persönlich würde sogar so weit gehen zu sagen, dass es wahrscheinlich die wichtigste Computertechnologie in diesem Jahrhundert sein wird.

Yuval: Wenn man sich anschaut, wie Quantencomputer in Unternehmen eingesetzt werden sollen, ist es unwahrscheinlich, dass es sich um eine reine Quantenlösung handelt, oder? Ich meine, wir glauben nicht, dass wir in fünf oder 10 Jahren einen Zoom-Anruf auf einem Quantencomputer ausführen werden. Es muss irgendwie mit anderen Arten von IT-Infrastrukturen verknüpft werden.

Erwarten Sie, dass die IT-Abteilung die Beziehung zu Quantum genauso verwaltet, wie sie die Beziehung zur Cloud verwaltet? Gibt es Ihrer Meinung nach besondere Anforderungen an Quantum, um es in die Cloud oder das Rechenzentrum zu integrieren?

Bob: Nun, schon früh, und ich meine vor vier Jahren, haben die Leute immer wieder das Wort Hybrid verwendet, wenn sie über Quantensysteme und traditionelle Systeme sprachen. In dieser Branche bezeichnen wir das normalerweise als klassische Systeme, richtig? Das sind also die Chips, die klassischen Chips, die in Ihrem Telefon, Ihrem Laptop, in den Supercomputern und so weiter sind.

Sie benutzten immer wieder dieses Wort Hybrid. Und das hat mir nie gefallen. Ich habe mich mit diesem Begriff immer unwohl gefühlt. Und in der Tat gab es diese Verwirrung darüber, ob Quantencomputer die klassischen Computer ersetzen werden. Und das ist wirklich nicht nötig. Ich meine, wie Sie schon sagten, ob es sich nun um Zoom handelt oder um die Schnittstelle Ihres Telefons oder etwas Ähnliches, klassische Computer, und was wahrscheinlich noch wichtiger ist, das klassische Computermodell, denken Sie an das Programmiermodell, funktioniert sehr, sehr gut für viele, viele Dinge.

Stattdessen geht es also um die Integration der Technologien. Jede wird für das eingesetzt, was sie am besten kann. Und das bedeutet in der Regel, dass klassische Algorithmen den Einsatz von Quantenalgorithmen vorantreiben werden. In dem Maße, in dem der durchschnittliche IT-Mitarbeiter über alles Bescheid weiß, was in seinem Rechenzentrum vor sich geht, jedes Mal, wenn er auf andere Clouds zugreift, jedes Mal, wenn er auf den Server zugreift, nein.

Irgendwann wird sich die Quantenphysik einfach einfügen. Aber es ist diese außergewöhnliche Leistung, die wir von Quantensystemen für bestimmte Arten von Problemen erwarten, bei denen sie sich bewusst sein werden, dass sie eingesetzt werden. Wir werden Quantencomputer nicht für Probleme einsetzen, die klassische Computer jetzt schon sehr gut lösen können.

Yuval: Sie erwarten also, dass die IT-Manager mit der Zeit einfach lernen, wie Quantencomputer funktionieren? Oder wie sie von den Anbietern bereitgestellt werden. Und es wird einfach ein Teil der IT-Struktur sein. Ist das richtig?

Bob: Nun, wenn wir darüber sprechen, müssen wir zwischen Hardware und Software unterscheiden. Wenn wir also über Software sprechen, und noch einmal, um ein allgemeines Beispiel für Ihr Telefon, ein Smartphone, egal welcher Marke, zu nehmen. Und ich habe zufällig ein iPhone. Wenn ich also eine iPhone-App schreibe und eine Linie von einer Ecke des Bildschirms zu einer anderen ziehen möchte, gibt es eine sehr anspruchsvolle Routine, die ich aufrufen würde. Ich würde ihr die Koordinaten für den Anfang und das Ende geben. Ich würde sagen, das ist die Farbe der Linie, das ist die Breite der Linie, und los geht's. Und die Linie erscheint.

Ich mache mir keine Gedanken darüber, auf welch niedrigem Niveau ich all diese Punkte auf dem Bildschirm platzieren kann. Denn es gibt eine Hierarchie von APIs, von Funktionen, die immer einfacher zu benutzen sind. Genauso müssen die Leute, die wir als Modellentwickler bezeichnen, die Leute, die diese übergeordneten Funktionen aufrufen, die Quanten nutzen, nicht unbedingt die niedrigste Ebene kennen, wie man mit der Quantenhardware kommuniziert.

Aus der Sicht eines IT-Managers werden sie also nicht auf der höheren Ebene arbeiten. Aber wenn es um Leute geht, die die hochoptimierten Routinen und Algorithmen entwickeln, die von anderen genutzt werden, dann werden sie sich um die Hardware kümmern.

Yuval: Wenn man sich die heutigen Cloud-Anbieter anschaut, sei es Amazon, IBM, Google usw., dann würde Amazon einerseits Kapazitäten verkaufen: "Oh, du brauchst eine weitere EC2-Instanz, hier hast du sie". Und auf der anderen Seite gibt es eine API-Schnittstelle. Es könnte eine Kartenschnittstelle für Google sein, es könnte eine Spracherkennungsschnittstelle sein. Wie stellen Sie sich die primäre Nutzungsmethode für Quantum vor? Würde es heißen: Hier ist ein Computer, geben Sie den Schaltkreis ein und er wird laufen? Oder zum Beispiel: Hier ist eine Optimierungs-API, geben Sie mir Ihren TSP-Graphen, und hier ist die Lösung.

Bob: Ich glaube, das wird sich mit der Zeit ändern. Genauso wie wir gerade über den Stack und die Low-Level-Programmierung gesprochen haben. Am Anfang, wenn neue Computerprozessoren auf den Markt kommen, gibt es eine Menge, mit dem man auf einer niedrigen Ebene arbeitet. Aus der Perspektive einer Programmiersprache ist zum Beispiel C ein ziemlich niedriges Niveau. C++ auf höherem Niveau, Python ist insgesamt höher. Wenn ich Python verwende, mache ich mir keine Gedanken über die Details der Hardware, aber ich bin mir dessen viel bewusster, wenn ich, sagen wir, C verwende.

Die meisten Leute werden also irgendwann die höherstufigen Routinen verwenden, die diese Funktion genannt werden. Und es wird relativ wenige Leute geben, die auf der untersten Ebene arbeiten. Genauso wie es heute nur relativ wenige Menschen gibt, die auf der untersten Ebene, die wir Assembler nennen, für Ihre Telefone oder Ihre Laptops arbeiten, nicht wahr? Es gibt einige.

Aber am Anfang war es genau andersherum. Um es mit den Begriffen der Quantenphysik auszudrücken: Die Leute haben Schaltkreise entwickelt, richtig? Man rief den Schaltkreis-Compiler auf. Sie gingen zum Computer, zum Quantensystem. Es kam zurück, und man verstand es.

Aber wir haben bereits Algorithmen für Finanzdienstleistungen, für die Chemie und so weiter entwickelt. Diese werden mit der Zeit umgesetzt, wie wir in unserer Roadmap gesagt haben. Nun, IBM hat im Februar eine so genannte Entwicklungs-Roadmap veröffentlicht. Diese werden ein fester Bestandteil der Quantum Cloud Services werden. Sie rufen eine High-Level-API auf und sagen: "Hier sind meine Daten, richtig? Das ist es, was ich zu erreichen versuche. Gehen Sie los und tun Sie es. Nun, es steckt eine Menge Intelligenz darin, wie wir das programmiert haben, geh los und tu es. Aber so werden die meisten Menschen schließlich Quantencomputer benutzen.

Yuval: Wir sehen, dass immer mehr Unternehmen mit der Erforschung der Quanten-Technologie beginnen, und ich nehme an, Sie sehen das Gleiche. Was ist Ihrer Meinung nach das größte Hindernis für eine schnellere Verbreitung? Sind es einfach mehr Qubits mit weniger Rauschen? Ist es ein Software-Rahmenwerk? Ist es der menschliche Aspekt? Was ist Ihrer Meinung nach das größte Problem, das einer schnelleren Einführung des Quantencomputers im Wege steht?

Bob: Es geht um das Bewusstsein und das Verständnis dafür, was an Quantencomputern wahr ist und was nicht. Denn es gibt eine Menge Hype, der aus einigen Ecken des Markts kommt. Es geht darum, im Rahmen dieser Ausbildung ein wenig mehr zu lernen. Und dann geht es um die Entwicklung praktischer Fähigkeiten. Denn für diejenigen, die nur darauf warten und sagen, na ja, irgendwann ist es so weit, dann fange ich an. Nun, ich habe Neuigkeiten für Sie, sieben Ihrer Konkurrenten haben bereits begonnen. Warten Sie also auf jeden Fall, wenn das Ihre Strategie ist, richtig?

Was den Einsatz der Systeme angeht, die besser sind als das, was klassische Systeme leisten können, geht es eigentlich um drei Dinge. Zunächst einmal braucht man genügend Qubits. Ein Qubit ist also die grundlegende Informationseinheit, die von den verschiedenen Anbietern auf unterschiedliche Weise implementiert wird. IBM verwendet einen supraleitenden Transmon-Ansatz, der bisher als einziger in der Lage zu sein scheint, in den niedrigen zweistelligen Bereich zu skalieren, nicht wahr?

Wir brauchen also genügend Qubits, die groß genug sind für das Problem, das man lösen will, richtig? Das heißt, man braucht nicht zwei Qubits, man braucht nicht fünf Qubits, man braucht nicht 11 Qubits. Letztendlich braucht man Hunderttausende von Qubits wie dieses. Es müssen sehr gute Qubits sein. Es müssen sehr hochwertige Qubits sein. Und das ist nur ein Artefakt der Funktionsweise dieser Systeme. Sie beruhen auf der Quantenmechanik, aber das gilt auch für den Rest des Universums. Und der Rest des Universums versucht wirklich, Ihre Berechnungen zu stören. Wir brauchen also ein gewisses Maß an Isolierung und Rauschunterdrückung.

Wir brauchen Geschwindigkeit. Es ist also eine Sache, Qubits zu haben, aber wenn eine Art von Qubit Hunderte Male langsamer ist als eine andere Art von Qubit, dann ist man hier wirklich im Vorteil. Es geht also um Quantität, um Qualität und um Geschwindigkeit. Wenn wir das richtige Gleichgewicht zwischen diesen drei Faktoren gefunden haben, können wir die heutigen Algorithmen, die so genannten verrauschten Algorithmen, einsetzen, um interessante Ergebnisse zu erzielen, und schließlich volle Toleranz und Fehlerkorrektur erreichen. Dann können wir all die Algorithmen implementieren, die man in den Lehrbüchern über Quantencomputer liest.

Yuval: IBM hat also eine Roadmap veröffentlicht, die zeigt, was Sie im Bereich der Quantenphysik erwarten. Aber wenn ich Ihnen einen Zauberstab in die Hand gäbe und Sie Software- oder Hardware-Unternehmen oder andere Akteure in der Branche kontrollieren könnten, worauf würden Sie uns in den nächsten 18 Monaten oder so konzentrieren?

Bob: Ich denke, die Hauptarbeit, die die Menschen leisten müssen, ist, wie ich bereits sagte, ein größeres Bewusstsein. Es geht um mehr Bildung. Es geht um die Verbesserung der Fähigkeiten. Und ich möchte noch einen vierten Punkt hinzufügen, nämlich das Experimentieren. Und mit Experimentieren meine ich, dass Sie versuchen sollten, Ihre Anwendungsfälle auf einen integrierten quantenklassischen Ansatz abzubilden. Denn es tut mir leid, sagen zu müssen, dass heute niemand kommen und sagen wird: Hier ist ein reiner Quantenansatz oder ein vollständiger Quantenansatz, der Ihr Problem viel besser löst als alle anderen. Auch wenn das Marketingmaterial das vielleicht behauptet, nicht wahr? Das ist also einfach nicht der Fall.

Man muss also experimentieren. Wenn das System so skaliert, wie ich es in Bezug auf die Quantität, die Anzahl der Qubits, die Qualität und die Geschwindigkeit der Qubits beschrieben habe, muss man sich auf die richtige Spur begeben, um zu verstehen, ob dies ein guter Ansatz ist, der letztendlich meinen Anwendungsfall bewältigen wird.

Und ich würde hier sogar noch einen Schritt weiter gehen, denn wir werfen mit dem Begriff Anwendungsfall um uns. Also zum Beispiel Risikobewertung oder Risikoanalyse oder so ähnlich. Was bedeutet das für Sie? Ich meine, das ist ein sehr allgemeiner Begriff, oder? Wie passt diese Idee der Risikoermittlung in Ihren tatsächlichen Arbeitsablauf? Wir haben also lange über diese übergeordneten Anwendungsfälle gesprochen: Chemie, Finanzdienstleistungen, KI. Wir müssen tiefer gehen. All diese anderen Unternehmen, ja, verstärken die Ausbildung, den Aufbau von Fähigkeiten. Aber wir müssen den Kunden helfen, zu experimentieren und auf den richtigen Weg zu kommen und ganz bestimmte Teile ihrer Arbeitsabläufe zu verstehen, in denen Quantum schließlich zum Einsatz kommen und einen Unterschied machen wird.

Yuval: Wir befinden uns im letzten Quartal des Jahres, es ist also Zeit für Vorhersagen. Was sagen Sie für die Jahre 2022 und 2023 voraus, was das Quantencomputing betrifft?

Bob: Okay, nun, ich möchte eine kleine Werbung für etwas machen, das IBM im letzten Jahr produziert hat. Es ist ein Buch, das als PDF-Datei erhältlich ist. Es heißt " Das Quantenjahrzehnt". Wenn Sie einfach danach suchen, können Sie es herunterladen. Bedenken Sie, dass es sich um ein gedrucktes Buch handelt, ein wunderschönes Buch im Format 12 Zoll x 12 Zoll. Als PDF ist es also 120 Seiten lang. Aber es ist ein wunderschönes PDF, und es geht darum, was unserer Meinung nach passieren wird und was die Menschen in diesem Jahrzehnt tun sollten. Denn wir glauben, dass die 2020er Jahre das Jahrzehnt sein werden, das für die Einführung der Quantenphysik wirklich von Bedeutung sein wird.

Aber mehr zu Ihrer Frage. Für das nächste und übernächste Jahr werde ich direkt auf unsere Roadmap zurückkommen. Ende dieses Jahres werden wir also einen Quantencomputer mit mehr als 100 Qubits auf den Markt bringen. Nächstes Jahr sind es über 400. Und im Jahr 2023 über 1000.

Und was bedeutet das zunächst einmal? Nun, es steht für unser Vertrauen in unsere Wissenschaft und unsere Technik, dass wir die Skalierbarkeitsbarriere durchbrochen haben, die bei Qubits, Qualität und so weiter in solchen Dingen auftritt. Für Ihre Zuhörer, die vielleicht nicht so vertraut mit der Quantenphysik sind, ist das Hinzufügen weiterer Qubits nicht nur eine Frage der Herstellung, richtig? Wenn ich einen Laptop mit acht Gigabyte RAM kaufe, bestelle ich online weitere acht Gigabyte RAM, schließe ihn an und los geht's.

Nun, ganz so einfach ist es nicht, oder? Die Qubits müssen alle in der Lage sein, miteinander zu kommunizieren. Es gibt also eine gewisse Komplexität, die nicht einfach additiv ist. Es wird also schwieriger und schwieriger. Wir werden also dieses Jahr die Hundert-Qubit-Grenze durchbrechen, nächstes Jahr 400 und dann tausend.

Das bedeutet, dass wir damit beginnen können, einen ernsthaften Versuch zu starten, was wir Quantenvorteil nennen, d.h. am Anfang werden es besondere Fälle sein, in denen wir zeigen können, dass diese integrierten klassischen Quantensysteme besser arbeiten können als die klassischen. Ich garantiere nicht, dass es passieren wird, ich sage nur, dass man es versuchen kann, weil die Systeme langsam groß genug werden, um dies zu tun.

Ich denke auch, dass es zu diesem Zeitpunkt ein wenig, nun ja, ich wollte das Wort "durchschütteln" verwenden, und das meine ich nicht ganz. Aber ich denke, man wird besser verstehen, welche Qubit-Technologien wirklich am vielversprechendsten sein werden. Sobald man anfängt, einige Dinge zu entwickeln, die im niedrigen zweistelligen Bereich liegen, und sie scheinen dort festzustecken, und man beginnt, andere Technologien zu entwickeln, die in die Hunderte und Tausende gehen, werden die Leute ihre Wahl treffen.

Yuval: Also, Bob, wie kann man mit Ihnen in Kontakt treten, um mehr über Ihre Arbeit zu erfahren?

Bob: Nun, ich bin auf LinkedIn, das ist der beste Weg. Robert Sutor. Ich veröffentliche ziemlich häufig über Quanten und verschiedene Dinge dieser Art. Wenn ich hier kurz eine persönliche Werbung machen darf: Ich habe in den letzten drei Jahren zwei Bücher veröffentlicht. Das erste ist " Dancing with Qubits" (Tanzen mit Qubits), das größtenteils ein nicht-physikalischer Ansatz ist, um etwas über Quantencomputer und die Algorithmen zu lernen. Ich nehme Sie mit, ich zeige Ihnen die Mathematik, die Sie brauchen. Und am Ende werden Sie zumindest genug verstehen, um mit dem Quantencomputing zu beginnen.

Und dann, etwas mehr als einen Monat auf dem Markt, ist Tanzen mit Python, eine Einführung in die Programmierung, bei der ich Ihnen aber gleichzeitig klassische Programmierung und Quantencodierung beibringe. Denn irgendwann müssen wir aufhören, das Quantencomputing als Zusatz zu betrachten. Es ist Computing. Und ich sage das, ja, es ist eine Werbung. Aber es ist auch eine Warnung. Kommunizieren Sie auf jeden Fall mit mir, verbinden Sie sich mit mir auf LinkedIn. Aber vielleicht spreche ich in meinen Beiträgen auch ein bisschen über dieses neueste Buch Dancing With Python.

Yuval: Also Bob, vielen Dank, dass du heute mit mir tanzt. Und danke für die Teilnahme am Podcast.

Bob: War mir ein Vergnügen. Es war ein tolles Gespräch, danke.