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Quanten-KI für die Autoindustrie

09. Juni 2021, 11:09 Uhr   |  Heinz Arnold

Quanten-KI für die Autoindustrie
© Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau

Prof. Frank Wilhelm-Mauch, Forschungszentrum Jülich: »Wir wollen das Beschleunigungspotenzial ausloten, das in bereits bekannten Algorithmen steckt. Und wir wollen ganz grundsätzlich industriell relevante Anwendungen identifizieren, die sich mithilfe von Quantenrechnern wesentlich beschleunigen lassen.«

Quantencomputer könnten KI und maschinelles Lernen auf ein neues Level heben. Ob und wie das geht, wird jetzt untersucht.

Die Entwicklung realer KI-Anwendungen für Quantenrechner steckt noch in den Kinderschuhen. Das vom Forschungszentrum Jülich koordinierte Verbundprojekt Q(AI)2 bringt beide Ansätze nun anhand konkreter Anwendungsfälle in der Automobilindustrie zusammen. An dem Vorhaben sind die drei größten deutschen Autohersteller BMW, Mercedes-Benz und Volkswagen sowie Bosch und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) beteiligt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und verfügt über Mittel von 4 Mio. Euro über die Laufzeit von drei Jahren.

Künstliche Intelligenz ist eine der bedeutendsten Schlüsseltechnologien in der Industrie, speziell in hochtechnisierten Branchen wie der Autoindustrie. Der Rechenaufwand für viele Anwendungen ist allerdings enorm. Selbst moderne Supercomputer benötigen teilweise mehrere Tage für bestimmte Aufgaben. Manche Probleme sind bislang sogar überhaupt nicht in realistischen Zeitspannen lösbar.

»Quantencomputer bieten die Möglichkeit, Anwendungen mit KI qualitativ zu beschleunigen und so einen echten Geschwindigkeitsvorteil zu erzielen. Dies ist besonders dort wichtig, wo Antworten auf industriell relevante Fragestellungen schnell gefunden werden müssen«, erklärt Projektkoordinator Prof. Frank Wilhelm-Mauch vom Forschungszentrum Jülich.

»Bei den Anwendungsfällen wird es beispielsweise darum gehen, flexible Produktionsabläufe in der Industrie 4.0 zu optimieren, autonome Fahrzeuge kollisionsfrei durch den Verkehr zu steuern, oder Touren von Elektrobussen intelligent zu planen. Die Arbeit mit konkreten Aufgaben der Automobilindustrie als Start und Endpunkt der Forschung ist ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal dieses Projektes«, erläutert Wilhelm-Mauch.

Die Nutzung von Quantencomputern und Quantenannealern für reale Probleme ist aufgrund des frühen Entwicklungsstadiums dieser Systeme bislang noch kaum erforscht. Q(AI)2 nimmt auf diesem Gebiet eine Vorreiterrolle ein. Forschende von akademischen Einrichtungen, Automobilherstellern und einem Zulieferer wollen gemeinsam erstmals eine breite Basis an quantenbeschleunigten KI-Algorithmen schaffen, die sowohl für die zur Verfügung stehende Hardware als auch für industrielle Fragestellungen optimiert sind.

»Wir wollen das Beschleunigungspotenzial ausloten, das in bereits bekannten Algorithmen steckt. Und wir wollen ganz grundsätzlich industriell relevante Anwendungen identifizieren, die sich mithilfe von Quantenrechnern wesentlich beschleunigen lassen«, erklärt Frank Wilhelm-Mauch. Die angestrebten Erkenntnisse könnten deutschen Automobilherstellern entscheidende Wettbewerbsvorteile verschaffen: Aussichtsreiche Ansätze sollen unmittelbar in konkrete Vorentwicklungsprojekte der beteiligten Unternehmen münden. Gleichzeitig werden die Ergebnisse externen Nutzenden zugänglich gemacht.

Zudem wollen die Partner in Q(AI)2 aussagekräftige Kennzahlen ermitteln, aus denen hervorgeht, ab wann sich Quantencomputer tatsächlich gewinnbringend für industrielle Anwendungen einsetzen lassen. Wie viele Qubits und welche Taktzeiten müssen die Systeme aufweisen, um einen echten »Quantenvorteil« zu erzielen?

Entscheidend für eine realistische Einschätzung ist dabei die Möglichkeit, Algorithmen mit modernster Quantencomputer-Simulationssoftware zu testen und auf verschiedenen Quantencomputersystemen zu implementieren. Über die JUNIQ-Infrastruktur des Forschungszentrums Jülich ist unter anderem der Zugriff auf vielfältige Hard- und Softwaresysteme sichergestellt. Die Jülicher Quantencomputer-Plattform vereint verschiedene Arten von Quantencomputern, Quantenannealern und Quantensimulatoren unter einem Dach. Forschende erhalten so unter anderem Zugang zu Systemen von IBM, D-Wave, Atos und experimentellen Maschinen, wie sie beispielsweise im europäischen Quanten-Flaggschiffprojekt entstehen.

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