Warum NVIDIA in Quantencomputing investiert

In den letzten zwei Wochen hat NVIDIA, der Wegbereiter und Hauptnutznießer des KI-Booms, in Quantencomputing investiert.

Die Investitionen von NVIDIAs Risikokapitalabteilung und anderen Investoren, die die Quantencomputing-Startups Quantinuum, QuEra und PsiQuantum mit insgesamt über 17 Milliarden US-Dollar bewerten, stellen eine Kehrtwende in der Haltung von NVIDIAs CEO Jensen Huang dar. Im Januar sagte Huang, dass nützliche Quantencomputer noch 15 bis 20 Jahre entfernt seien, was zu einem Einbruch der börsennotierten Quantencomputing-Unternehmen führte. Im März ruderte er zurück und erklärte im Juni, dass das Quantencomputing einen "Wendepunkt" erreicht habe und "in den kommenden Jahren einige interessante Probleme lösen" könne.

Durch seine Positionierung im Zentrum der Hardware, die KI-Unternehmen für den Betrieb ihrer Modelle benötigen, ist NVIDIA mit einem Wert von 4 Billionen US-Dollar zum wertvollsten Unternehmen der Welt geworden. NVIDIA entwickelt GPUs (Chips, die auf die Ausführung von KI-Algorithmen spezialisiert sind), entwickelt CUDA (das die Kommunikation zwischen den Chips ermöglicht) und verpackt alles in Supercomputer von der Größe eines Kühlschranks – um die sich KI-Unternehmen reißen, um sie in ihren Rechenzentren einzusetzen.

Quantencomputing wird den KI-Kunden von NVIDIA wahrscheinlich nicht helfen. "Quantencomputing und KI sind gewissermaßen diametrale Gegensätze", sagte Pete Shadbolt, Chief Science Officer bei PsiQuantum, einem der Start-ups, in die NVIDIA investiert hat. KI-Systeme sind leistungsstark, weil sie Muster aus riesigen Datenmengen lernen. Quantencomputer hingegen "hassen Daten und lieben Präzision", so Shadbolt.

Befürworter glauben, dass Quantencomputer ein neues Computing-Paradigma einläuten könnten. Anstatt wie die GPUs von NVIDIA zahlreiche einfache Berechnungen parallel durchzuführen, könnten Quantencomputer wenige, aber äußerst anspruchsvolle Gleichungen lösen. Quantinuum tut dies mit Ionen (geladenen Atomen), PsiQuantum mit Photonen (Lichtteilchen) und QuEra mit neutralen Atomen. Diese winzigen Teilchen gehorchen den seltsamen Gesetzen der Quantenmechanik: Sie können sich gleichzeitig in mehreren Zuständen befinden, sodass Quantencomputer mehrere Wege einer komplexen Berechnung gleichzeitig erkunden und zu Lösungen gelangen können, die aktuelle "klassische" Computer in keiner angemessenen Zeit erreichen können. Dazu gehört auch, dass die Millionen von Jahren, die klassische Computer benötigen würden, um die Verschlüsselungssysteme zu knacken, die einem Großteil der digitalen Wirtschaft zugrunde liegen, auf wenige Stunden verkürzt werden, was Banken dazu veranlasst hat, nach "quantenresistenter" Kryptografie zu suchen.

Es gibt auch nützliche Anwendungen. Quantencomputer können quantenmechanische Systeme simulieren, was mit klassischen Computern nicht möglich ist, sagte Hsin-Yuan Huang, leitender Wissenschaftler bei Google Quantum AI. Die Quantenmechanik ist unsere grundlegendste Beschreibung der physikalischen Welt, und die Fähigkeit, sie zu simulieren, könnte bei der Entwicklung neuer Medikamente, Materialien und chemischer Prozesse helfen. "Das lässt sich nicht einfach mit vielen GPUs lösen. Es ist einfach von Natur aus zu schwierig", sagte Hsin-Yuan Huang.

Beispielsweise könnte Quantencomputing umweltfreundlichere Verfahren zur Herstellung von Ammoniak ermöglichen, das derzeit 2 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs ausmacht. PsiQuantum hat sich mit Mercedes-Benz zusammengetan, um zu verstehen, wie Quantencomputer Lithium-Ionen-Batterieelektrolyte simulieren könnten – was die Entwicklung von Batterien für Elektrofahrzeuge beschleunigen könnte – und arbeitet mit dem Pharmaunternehmen Boehringer Ingelheim zusammen, um ein Enzym zu verstehen, das am Stoffwechsel von Medikamenten im menschlichen Körper beteiligt ist.

Ohne ausreichend große Quantencomputer, um diese Ideen in die Praxis umzusetzen, muss der konkrete Nutzen von Quantencomputern jedoch noch unter Beweis gestellt werden, so Jan Ole Ernst, Doktorand im Bereich Quanteninformation und -berechnung an der Universität Oxford. Möglicherweise ändert sich dies, wenn größere Quantencomputer für die Anwendungsentwicklung zur Verfügung stehen. "Aber ich halte das für ziemlich weit hergeholt, da so viel Forschung in Anwendungen fließt und wir außer der Faktorisierung großer Zahlen noch nichts wirklich Eindeutiges gefunden haben."

Es ist unklar, wie lange es dauern wird, bis Quantencomputer in einem Umfang arbeiten, in dem diese Fragen endgültig beantwortet werden können. Zeitpläne im Bereich Quantencomputing neigen, wie in vielen technisch anspruchsvollen Bereichen, dazu, sich zu verzögern. PsiQuantum gibt an, dass es mit der Arbeit an Standorten in Australien und Illinois begonnen hat und die Geräte testet, die die Chips auf Betriebstemperatur kühlen sollen. Das Unternehmen sagt, dass es bis 2027 einen Quantencomputer betreiben wird, der groß genug ist, um nützlich zu sein – zwei Jahre später als noch 2021 angenommen.

Wenn Quantencomputer tatsächlich in Betrieb genommen werden, dürfte NVIDIA im Mittelpunkt des Geschehens stehen. "Ohne eine Menge klassischer Rechenleistung wird man niemals einen Quantencomputer betreiben können", so Ernst. Klassische Computer werden benötigt, um Quantencomputer zu steuern, Fehler zu korrigieren und ihre Ausgabedaten zu analysieren. PsiQuantum nutzt die Hardware von NVIDIA, um seine Quantenberechnungen vorzubereiten und deren Ergebnisse zu verarbeiten. Im Jahr 2022 brachte das Unternehmen CUDA-Q auf den Markt, das es Quantencomputern ermöglicht, mit klassischen Computern zu kommunizieren. In diesem Jahr kündigte es das NVIDIA Accelerated Quantum Computing Research Center in Boston an, das sich "der Verkürzung des Zeitraums bis zur Einsatzreife von Quantencomputern widmet".

Ich denke, man kann mit Fug und Recht sagen, dass sie alles außer dem Quantencomputer selbst tun.

Das könnte sich ändern. Die jüngsten Investitionen von NVIDIA werden dem Unternehmen "vorab Aufschluss darüber geben, welche Plattformen sich besser skalieren lassen", so Shannon. "Ich glaube, dass NVIDIA mit hinreichend Zeit mit ziemlicher Sicherheit ein oder mehrere Quantenunternehmen kaufen wird."