Let’s chat(GPT) über Quantentechnologien

Midjourney generierte Visualisierung eines Quantencomputers – Stichwort: hyperrealistischer Quantencomputer, technisch, futuristisch

ChatGPT ist derzeit ein Hype, ein Beweis dafür, wie leistungsfähig KI-Sprachmodelle heutzutage sind – und für jeden zugänglich. Als Quanten-Enabler sind wir neugierig, wie gut ChatGPT als Gesprächspartner oder sogar als Quelle für Informationen zu Quantenthemen funktioniert.

Eine kurze Google-Suche zu diesem Thema ergibt unter anderem einen Artikel von Lorenzo Leonardo, der ChatGPT zu seinem Wissen über einige allgemeine Prinzipien des Quantencomputers befragt. Lorenzo kommt zu dem Schluss, dass es einige allgemeine Grundsätze recht gut erklärt. Sie können das Interview hier lesen: https://www.quantum-machines.co/blog/how-well-does-chatgpt-understand-quantum-computing-lets-find-out/. Eine andere Stimme (Chris Ferrie) behauptet, dass die von ChatGPT zur Verfügung gestellten Informationen über das Quantencomputing falsch oder zumindest nicht präzise sind, da die gegebenen Antworten nicht mehr als eine Wiederholung von allgemein unpräzisen Schlagwörtern aus dem Internet sind (https://csferrie.medium.com/chatgpts-explanation-of-quantum-computing-is-bullsh-t-9ee5e2b9f194).

Dies sind zwei Positionen aus dem breiten Spektrum der Einzelmeinungen innerhalb der derzeit intensiven Diskussion um diese neue Informationsquelle. Angetrieben von Neugier und Interesse an den Ergebnissen für einige Hamburg-spezifische Fragen haben wir uns auf die Interaktion mit dem Bot eingelassen. In diesem Artikel berichten wir von den Vor- und Nachteilen, die wir selbst erlebt haben, und teilen unsere Sichtweise auf einige der gegebenen Antworten. Die hier gezeigten Fragen und Antworten wurden nicht verändert.

Doch zunächst eine allgemeine Bemerkung. Der ChatGPT-Bot ist darauf optimiert, komplexe Unterhaltungen mit aufeinander aufbauenden logischen Elementen zu führen. Er basiert auf GPT-3 (Generative Pretrained Transformer 3), einem autoregressiven Sprachmodell mit einer reinen Decoder-Transformator-Netzwerkarchitektur, das von OpenAI (www.openai.com) entwickelt wurde. Es wurde mit menschlichem Feedback nachtrainiert, um die Gespräche flüssiger und natürlicher zu machen. Der Korpus, d.h. die Daten, auf die ChatGPT zurückgreifen kann bzw. auf denen es trainiert wird, hat einen Cut-Off im Jahr 2021. Die neuesten Informationen sind nicht enthalten. Dies ist natürlich eine große Einschränkung in einem sich so schnell entwickelnden Bereich wie dem Quantencomputing.

Klicken Sie hier, um das vollständige Interview mit ChatGPT über Quantentechnologien und die Metropolregion Hamburg zu lesen.

Q1-Hi, können wir uns über Quantentechnologien unterhalten?

Sicher! Ich würde mich gerne über Quantentechnologien unterhalten. Was würden Sie gerne wissen?

Q2-Ich möchte mein Optimierungsproblem auf einem Quantencomputer lösen. Welche Schritte muss ich unternehmen?

Formulieren Sie Ihr Optimierungsproblem: Drücken Sie das Problem als mathematische Funktion aus, die minimiert oder maximiert werden soll.

Ordnen Sie das Problem einem Quantenalgorithmus zu: Wählen Sie einen Quantenoptimierungsalgorithmus, der Ihr Problem lösen kann, z. B. den Quantum Annealer oder den Quantum Approximation Optimization Algorithm (QAOA).

Implementieren Sie den Algorithmus: Übersetzen Sie den Algorithmus in eine Quantenschaltung und schreiben Sie ein Programm, um ihn auf einem Quantencomputer auszuführen.

Wählen Sie einen Quantencomputer: Entscheiden Sie, welchen Quantencomputer Sie verwenden möchten. Es stehen mehrere Optionen zur Verfügung, darunter Cloud-basierte Quantencomputer und lokale Quantensimulatoren.

Testen und bewerten: Lassen Sie den Algorithmus auf dem gewählten Quantencomputer laufen und vergleichen Sie die Ergebnisse mit klassischen Optimierungsmethoden.

Verfeinern und wiederholen: Verfeinern Sie den Algorithmus auf der Grundlage der Ergebnisse und wiederholen Sie den Prozess, bis Sie den gewünschten Optimierungsgrad erreicht haben.

Hinweis: Die Schritte, die zur Lösung eines Optimierungsproblems auf einem Quantencomputer erforderlich sind, können sehr komplex sein und erfordern möglicherweise spezielle Kenntnisse in den Bereichen Quantencomputer, Optimierung und Programmierung.

Q3-Sie sind in der Lage, Codeschnipsel für gängige Programmiersprachen zu schreiben. Kennen Sie auch Quantum SDKs? Wenn ja, welche?

Ja, ich bin mit mehreren Quanten-Software-Entwicklungskits (SDKs) vertraut, z. B:

IBM Qiskit: Ein Open-Source-SDK für die Arbeit mit IBMs Quantencomputern, mit Unterstützung für Python.

Rigetti Forest: Ein SDK für die Entwicklung von Quantenanwendungen auf den Quantencomputern von Rigetti, ebenfalls mit Unterstützung für Python.

D-Wave Ocean: Eine Suite von Tools für die Entwicklung von Quantenanwendungen auf dem Quanten-Tempomaten von D-Wave, einschließlich Unterstützung für Python und MATLAB.

Microsoft Quantum Development Kit: Ein vollständiges SDK für die Entwicklung von Quantenanwendungen auf Microsofts Quantencomputern, mit Unterstützung für .NET und Python.

Dies sind einige der beliebtesten Quanten-SDKs, die heute verwendet werden. Lassen Sie es mich wissen, wenn Sie mehr über ein bestimmtes SDK wissen möchten.

Q4-Können Sie mir den Code zur Einrichtung von Python für Qiskit geben?

Hier erfahren Sie, wie Sie Python für Qiskit einrichten können:

Installieren Sie Anaconda oder Miniconda: Anaconda ist eine Distribution der Programmiersprache Python für wissenschaftliche Berechnungen, während Miniconda eine Minimalversion von Anaconda ist, die nur conda und seine Abhängigkeiten enthält.

Erstellen Sie eine virtuelle Umgebung: Nach der Installation von Anaconda oder Miniconda können Sie eine virtuelle Umgebung erstellen, um die Quiskit-Installation von Ihrer systemweiten Python-Installation zu isolieren. Führen Sie dazu den folgenden Befehl in Ihrem Terminal oder in der Eingabeaufforderung aus:

conda create –n myenv python=3.7

Aktivieren Sie die virtuelle Umgebung: Nachdem Sie die virtuelle Umgebung erstellt haben, können Sie sie mit dem folgenden Befehl aktivieren:

conda activate myenv

Qiskit installieren: Um Quiskit zu installieren, führen Sie den folgenden Befehl aus:

pip install qiskit

Das war’s! Sie sollten nun in der Lage sein, Python auszuführen und Qiskit in Ihrer virtuellen Umgebung zu importieren. Hier ist ein einfaches Beispiel, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern:

import qiskit

print(“Qiskit version:”), qiskit.__version__

Dies sollte die Versionsnummer von Qiskit ausgeben, die Sie installiert haben

Q5-Bitte nennen Sie den Quantencomputer mit den meisten Qubits im Moment.

Zum Zeitpunkt des Stichtags meiner Trainingsdaten im Jahr 2021 war der Quantencomputer mit den meisten Qubits der Google Sycamore Prozessor mit 53 Qubits. Es handelt sich jedoch um ein sich schnell entwickelndes Feld, und die Anzahl der Qubits in einem bestimmten Quantencomputer kann sich schnell ändern, so dass diese Informationen möglicherweise veraltet sind.

Q6-Wir befinden uns in Hamburg, Deutschland. Wie steht es um die Quantentechnologien in Deutschland?

In Deutschland gibt es eine florierende Gemeinschaft von Forschern und Unternehmen, die an Quantentechnologien arbeiten. Es gibt mehrere Universitäten und Forschungseinrichtungen wie die Max-Planck-Gesellschaft und die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, die aktiv an der Entwicklung und Förderung von Quantentechnologien in Deutschland beteiligt sind.

Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Start-ups und etablierten Unternehmen wie PQCrypto, IQM und Zapata Computing, die sich auf die Entwicklung quantenbasierter Produkte und Lösungen konzentrieren.

Auch die deutsche Regierung hat sich stark für Quantentechnologien eingesetzt: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) investiert massiv in die Quantenforschung und -entwicklung. Das BMBF hat mehrere Initiativen und Programme ins Leben gerufen, um die Entwicklung einer Quantenindustrie in Deutschland zu unterstützen, z. B. das “Quantum Community Program” und das “Quantum Flagship”.

Insgesamt ist die Situation der Quantentechnologien in Deutschland sehr vielversprechend, mit einem starken Ökosystem aus Forschern, Unternehmen und staatlicher Unterstützung.

Q7-Wie steht es um die Quantentechnologien in Hamburg?

Hamburg ist eine der wichtigsten Städte in Deutschland für Quantentechnologien, mit einem wachsenden Ökosystem von Forschern, Start-ups und etablierten Unternehmen, die in diesem Bereich arbeiten.

Die Stadt beherbergt mehrere Universitäten und Forschungseinrichtungen wie die Universität Hamburg und die Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH), die aktiv an der Entwicklung und Förderung von Quantentechnologien beteiligt sind. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Start-ups und etablierten Unternehmen wie PQCrypto, die sich auf die Entwicklung quantenbasierter Produkte und Lösungen konzentrieren.

Auch die Hamburger Regierung hat mit Initiativen wie dem Projekt “Quantenstadt Hamburg”, das die Entwicklung einer Quantenindustrie in der Stadt fördern soll, starke Unterstützung für Quantentechnologien gezeigt.

Insgesamt ist die Situation der Quantentechnologien in Hamburg sehr vielversprechend, mit einem wachsenden Ökosystem von Forschern, Start-ups und Unternehmen sowie einer starken Unterstützung durch die Regierung.

Q8-Haben Sie schon von Hamburg Quantum Innovation Capital (hqic) gehört?

Ja, ich habe schon von Hamburg Quantum Innovation Capital (hqic) gehört. hqic ist eine private Investmentgesellschaft mit Sitz in Hamburg, die in Start-ups investiert, die an Quantentechnologien arbeiten. Das Unternehmen konzentriert sich darauf, das Wachstum des Quanten-Ökosystems in Hamburg zu unterstützen und zum Aufbau einer starken Quantenindustrie in der Stadt beizutragen.

hqic investiert in Start-ups, die an einem breiten Spektrum von Quantentechnologien arbeiten, darunter Quantencomputer, Quantenkommunikation und Quantensensorik. Das Unternehmen bietet nicht nur finanzielle Unterstützung, sondern auch Mentoring und Zugang zu seinem Netzwerk von Industriepartnern und Experten, um seinen Portfoliounternehmen zum Erfolg zu verhelfen.

Insgesamt ist hqic ein wichtiger Akteur im wachsenden Quanten-Ökosystem in Hamburg und trägt dazu bei, die Entwicklung einer starken Quantenindustrie in der Stadt voranzutreiben.

Q9-Dies ist falsch, hqic ist keine VC-Gesellschaft. Es ist eine Initiative der Freien und Hansestadt Hamburg, um ein lebendiges, erfolgreiches Ökosystem der Quantentechnologie am Standort zu etablieren und zu ermöglichen.

Ich bitte um Entschuldigung, Sie haben recht. Hamburg Quantum Innovation Capital (hqic) ist keine private Investmentfirma, sondern eine von der Freien und Hansestadt Hamburg gegründete Initiative, die die Entwicklung eines Ökosystems für Quantentechnologie in der Stadt unterstützt. Vielen Dank für die Korrektur.

Q10-Okay, ein anderes Thema: Was kann in Deutschland getan werden, um mehr Industrieinvestitionen und VC zu motivieren, in Quanten-Startups zu investieren.

Es gibt mehrere Schritte, die Deutschland unternehmen kann, um mehr Industrieinvestitionen und Risikokapital (VC) für Investitionen in Quanten-Startups zu motivieren:

Das Bewusstsein erhöhen: Eine der größten Herausforderungen für Quanten-Startups ist das mangelnde Bewusstsein für die potenziellen Vorteile und Anwendungen von Quantentechnologien in der Industrie und bei Investoren. Die Regierung kann eine Rolle bei der Sensibilisierung spielen, indem sie Marketing- und Kommunikationsanstrengungen unterstützt, die darauf abzielen, das Potenzial der Quantentechnologien und der in diesem Bereich tätigen Start-ups hervorzuheben.

Förderung der Zusammenarbeit: Die Förderung der Zusammenarbeit zwischen Quanten-Start-ups, etablierten Unternehmen und akademischen Einrichtungen kann zum Aufbau eines starken Ökosystems für Quantentechnologien in Deutschland beitragen. Dies kann durch Initiativen wie Netzwerkveranstaltungen, Innovationswettbewerbe und Beschleunigerprogramme erreicht werden.

Finanzierung und Unterstützung bereitstellen: Staatliche Finanzierung und Unterstützung können dazu beitragen, die Kluft zwischen Quanten-Startups in der Frühphase und Investoren in der Spätphase zu überbrücken. Dies kann in Form von Direktinvestitionen, Zuschüssen oder Steueranreizen geschehen.

Verbessern Sie den Zugang zu Talenten: Die Gewinnung und Bindung von Spitzentalenten ist für den Erfolg von Quanten-Startups entscheidend. Die Regierung kann helfen, indem sie Bildungs- und Ausbildungsprogramme sowie Initiativen unterstützt, die darauf abzielen, internationale Talente anzuziehen und zu halten.

Förderung von öffentlich-privaten Partnerschaften: Die Förderung von öffentlich-privaten Partnerschaften zwischen Quanten-Start-ups, etablierten Unternehmen und akademischen Einrichtungen kann dazu beitragen, die Entwicklung und Vermarktung von Quantentechnologien zu beschleunigen. Diese Partnerschaften können viele Formen annehmen, einschließlich gemeinsamer Forschungsprojekte, Technologietransferprogramme und Ko-Investitionsinitiativen.

Insgesamt gibt es mehrere Schritte, die Deutschland unternehmen kann, um mehr Industrieinvestitionen und Risikokapital für Investitionen in Quanten-Start-ups zu motivieren. Dazu gehören die Sensibilisierung, die Förderung der Zusammenarbeit, die Bereitstellung von Finanzmitteln und Unterstützung, die Verbesserung des Zugangs zu Talenten und die Förderung öffentlich-privater Partnerschaften.

Q11-Welche Art von Start-ups oder Spin-offs sind derzeit am nützlichsten, um den Bedarf an technologischem Fortschritt im Bereich des Quantencomputings zu decken?

Es gibt verschiedene Arten von Start-ups oder Spin-offs, die für den technologischen Fortschritt im Bereich des Quantencomputings nützlich sind:

Hardware-Startups: Diese Start-ups konzentrieren sich auf die Entwicklung neuer Quanten-Hardware, wie Quantencomputer, Quantensensoren und Quantenkommunikationssysteme. Sie sind von entscheidender Bedeutung, um den Stand der Technik in der Quantentechnologie voranzutreiben und das Quantencomputing einem breiteren Nutzerkreis zugänglich zu machen.

Software-Startups: Diese Start-ups konzentrieren sich auf die Entwicklung von Software und Tools, die zur Programmierung und Steuerung von Quantencomputern verwendet werden können. Sie spielen eine entscheidende Rolle dabei, das Quantencomputing zugänglicher und nutzbarer zu machen, indem sie Software und Tools bereitstellen, die die Ausführung von Quantenalgorithmen und -simulationen erleichtern.

Startups im Bereich der Quantenkryptografie: Diese Start-ups konzentrieren sich auf die Entwicklung quantenbasierter kryptografischer Lösungen für die sichere Kommunikation und den Schutz von Daten. Sie sind wichtig, um die Sicherheit von Quantenkommunikationsnetzen zu gewährleisten und sensible Informationen vor Hackern und anderen böswilligen Akteuren zu schützen.

Startups für Quantenoptimierung: Diese Start-ups konzentrieren sich auf die Entwicklung von Quantenalgorithmen und -techniken für die Lösung komplexer Optimierungsprobleme. Sie haben das Potenzial, eine Vielzahl von Branchen zu revolutionieren, vom Finanz- und Gesundheitswesen bis hin zu Logistik und Energie.

Startups für Quantensimulation: Diese Start-ups konzentrieren sich auf die Entwicklung von Quantensimulationswerkzeugen und -plattformen, mit denen sich komplexe Quantensysteme modellieren und verstehen lassen. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung unseres Verständnisses der Quantenmechanik und bei der Entwicklung neuer Quantentechnologien.

Insgesamt gibt es mehrere Arten von Start-ups und Spin-offs, die für den technologischen Fortschritt im Bereich des Quantencomputings nützlich sind, darunter Hardware-Start-ups, Software-Start-ups, Start-ups für Quantenkryptografie, Start-ups für Quantenoptimierung und Start-ups für Quantensimulation.

Q12-Okay, danke für den Einblick in Ihre Arbeit zu einigen QT-relevanten Themen und zur Quantentechnologie in Deutschland.

Sehr gern! Ich freue mich, dass ich Ihnen einige Einblicke in die Quantentechnologien geben konnte. Wenn Sie weitere Fragen haben oder mehr erfahren möchten, zögern Sie nicht zu fragen!

ChatGPT hat auf alles eine plausible Antwort, unabhängig von der tatsächlichen Tiefe oder Qualität der Informationen über das Thema, was sowohl hilfreich sein kann, wenn die Antwort richtig ist, als auch problematisch, wenn die Antwort ungenau oder falsch ist.

Dies zeigte sich auch in unserem Gespräch mit dem Bot. Wir erhielten einige gut strukturierte Rückmeldungen auf hohem Niveau, z. B. zu den Schritten, die zur Lösung von Optimierungsproblemen auf Quantencomputern (QC) unternommen werden müssen, oder zur Förderung von VC-Investitionen in QC-Startups (Q2+10). Die Antworten waren jedoch oft sehr allgemein gehalten. Beispielsweise ergab die Frage, welche Arten von QC-Start-ups am meisten benötigt werden, um den technischen Durchbruch zu fördern (Q11), eine Liste einiger gängiger Arten von Start-ups, ohne jedoch zu berücksichtigen, dass die gegenwärtigen Ressourcen einen Engpass darstellen oder die daraus resultierende Notwendigkeit, die Grenzen zu erweitern.

Auf die Frage nach aktuellen Informationen über die Anzahl der Qbits moderner QCs (Frage 5) erhalten wir den Hinweis, dass die Trainingsdaten im Jahr 2021 enden und die Informationen möglicherweise nicht mehr aktuell sind. Dies ist gut zu sehen und hier obligatorisch, hätte aber in einem Bereich mit raschen Entwicklungen früher im Gespräch platziert werden können.

Bei konkreteren Fragen zu Quantentechnologien in der Metropolregion Hamburg werden die Dinge unscharf (Q7). Wir können die in der Antwort von ChatGPT beschriebene positive Sicht auf den Quantentechnologiestandort Hamburg nur bestätigen und befürworten, aber ein Projekt mit dem Titel “Quantenstadt Hamburg” gibt es nicht und ist eine rein fiktive Erfindung der Bewerbung. Tatsächlich hat die Freie und Hansestadt Hamburg 2022 eine offizielle Initiative zur Ermöglichung eines florierenden Quantentechnologie-Ökosystems (hqic) ins Leben gerufen und diverse Maßnahmen zur Förderung der Quantentechnologien in der Metropolregion initiiert, wie z.B. die “Hamburg Quantum School” – ein Institut und eine Graduiertenschule für exzellente akademische Ausbildung in Quantentechnologien. Über diese Maßnahmen sollte ChatGPT allerdings keine gültigen Informationen haben. Die Initiative “Hamburg Quantum Innovation Capita” (hqic) zum Beispiel wurde erst 2022 installiert – nach dem Datenstopp. Folgerichtig ist die anschließende Antwort auf eine Frage zur Initiative Unsinn. ChatGPT behauptet, dass “es” Kenntnisse über die Initiative hat, antwortet aber mit fiktiven, falschen Informationen (Q8). Eine korrigierende Aussage von unserer Seite ergibt die Aussage: “Entschuldigung, Sie haben recht. …’ (Q9).

Eines zeigt sich in diesem Zusammenhang deutlich. Es ist wichtig, sich Gedanken über die bereitgestellten Informationen zu machen. Dies ist nicht überraschend und auch nicht exklusiv für ChatGPT – die Überprüfung von Referenzen und die Validierung von Informationen ist heutzutage obligatorisch, aber es gibt einen psychologischen Unterschied zu einer gewöhnlichen Online-Suche – während des Gesprächs mit dem Bot kommen sowohl nützliche Informationen als auch falsche Ausgaben sehr natürlich, direkt auf die gestellte Frage zugeschnitten und mit dem Selbstbekenntnis eines langjährigen Mentors.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass ChatGPT und ähnliche Anwendungen bald eine gängige Quelle für die Informationsbeschaffung sein werden. Wird sich dies auf die öffentliche Vorstellung vom Quantencomputing auswirken? Wie andere im Internet verfügbare Informationsquellen kann es dazu beitragen, das Thema einem breiteren Publikum zugänglich zu machen. Wird es sich auf die Geschwindigkeit der Innovation in der Quantentechnologie auswirken? Das liegt im Bereich des Möglichen, wenn die Anwendung Forschern und Innovatoren dabei helfen kann, ihre Arbeit zu erledigen und relevante Informationen schneller und besser zu finden.

Verbesserungen kommen schnell, und hoffentlich werden bald eine realistische Einschätzung der Zuverlässigkeit der gegebenen Antworten und Links zu Referenzen in das Repertoire der Chatbots aufgenommen. Bis dahin und darüber hinaus obliegt es dem Nutzer, verantwortungsvoll zu handeln und die Informationen als das zu nehmen, was sie sind – eine ungeprüfte Vermutung der wahrscheinlichsten Antwort, die auf der zugrunde liegenden Datenquelle (in diesem Fall große Teile des Internets bis 2021) beruht.