Eine Quantum Cloud für die deutsche Industrie

Ein Interview mit Rainer Straeter, Head of Technology Office and Digital Ecosystems bei IONOS, über die deutsche Quantum Cloud der SeQuenC-Initiative: ein vom BMWK gefördertes Projekt, das von IONOS als Konsortialführer geleitet wird.

Mira Dechant of QMware and Rainer Sträter of IONOS

In diesem Interview trifft Mira Dechant (Vice President PR & Marketing bei QMware) auf Rainer Straeter (Head of Technology Office and Digital Ecosystems bei IONOS).

Quantum Computing erhält immer mehr Aufmerksamkeit, auch in der klassischen IT-Branche. IONOS hat sich schon sehr frühzeitig mit der neuen Technologie beschäftigt und engagiert sich. Wie kam es dazu?

Der erste Impuls kam durch das Forschungsprojekt SeQuenC, das den Aufbau einer Quantum Cloud für die deutsche Industrie zum Ziel hat. Die Projektpartner haben sich schon sehr viel Erfahrung in diesem Bereich erarbeitet. Das erleichterte es uns, ohne große Einarbeitung in das Thema Quantum Computing einzusteigen.

Der zweite Punkt ist natürlich unsere langfristige Kundenorientierung und die strategische Ausrichtung unseres Produktportfolios. Quantum Computing hat in vielen Use Cases signifikante Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Technologien.

Der dritte Impuls war der Launch von ChatGPT Ende 2022. Damals ging eine Schockwelle durch die Industrie. Zu viele Kollegen waren von der Durchschlagskraft des KI-Tools überrascht, obwohl einige Akteure schon längere Zeit an eigenen Sprachmodellen gearbeitet hatten. Ich gehe davon aus, dass Quanten Computing das “next big thing” wird. Darauf sollten wir besser vorbereitet sein.

Bevor wir gleich noch mehr zu Kundenvorteilen und Use Cases sprechen, interessiert mich noch dein persönlicher Zugang zum Thema Quantum Cloud. Was war der zündende Funke, der Dich für das Thema begeistert hat?

Zum einen sind wir bei IONOS natürlich auch ein klein bisschen technikverliebt. Quantum wirft nun alles über den Haufen, was wir bisher im Computing gelernt haben. In meiner Rolle als Head of Technology Office ist es meine Aufgabe, neue Technologien und ihre Potenziale zu analysieren und eine Strategie zu entwickeln – also auch die Frage zu beantworten: Wie können wir die Technologien für IONOS intern und für unsere Kunden nutzen?

Wir sehen also Kunden bei uns, die genau diese Technologie sinnvoll einsetzen können, entweder um wesentlich effizienter zu werden, oder weil sie auch Use Cases in Angriff nehmen können, die mit den Rechenkapazitäten in klassischen Strukturen bislang überhaupt nicht realistisch waren.

Lass uns da doch gleich nochmal nachhaken. Inwiefern könnte Quantum Computing Potenzial für eure Kunden beinhalten, wo seht ihr den Mehrwert des Quantum Computing für eure IONOS Usergruppe?

IONOS hat einen sehr starken Draht zum industriellen Mittelstand. Dieses Marktsegment hat Schwierigkeiten, Zugang zu diesen neuen Technologien zu bekommen. Das gilt sowohl für das Verständnis und Know-how, das es braucht, um die Technologien einzusetzen, als auch den Zugriff auf Quanten-Ressourcen zu erhalten. Hier ist IONOS das verbindende Element und ein Multiplikator. Wir schaffen es durch unsere DNA und durch die breite Informationsvermittlung, diese Produkte dem Mittelstand zugänglich zu machen.

Außerdem müssen wir der besonderen Struktur des europäischen Ökosystems gerecht werden, um unseren Kunden Wettbewerbsvorteile zu verschaffen. In Europa haben wir gegenüber anderen Regionen der Welt einen stark ausgeprägten Mittelstand und eben nicht die Großunternehmen, die sich einen Technologievorsprung mit großen Budgets erkaufen. Daher ist unsere Aufgabe auch, die Technologie zu demokratisieren. Das betrifft sowohl das Know-how als auch den technischen Zugriff. Denn wer kann es sich leisten, von einem der heute noch wenigen Quantum Computing Anbieter Zugriff zu bekommen?

Ein wichtiges Learning für die heutige Nutzung von Quantum Computing ist, dass 80 Prozent der Workloads eigentlich auf einer traditionellen Cloud-Infrastruktur stattfinden, bevor dann wirklich leistungsstarke, aber auch teure Quantum Computer ins Spiel kommen.

Die ganze Entwicklung des entsprechenden Codes, die Entwicklung von Use Cases, das Testen und Simulieren läuft heute nicht auf einem Quantum Computer ab, sondern mit klassischen Computing-Ressourcen. Diese imposanten Quantum Computer, die man auf Bildern im Internet findet, werden nicht bei uns im Rechenzentrum stehen. Aber wir haben die Cloud-Infrastrukturen, um die ersten 80 Prozent des Workloads und Simulationen durchzuführen, um dann später die Ausführung auf dem realen Quantum Computer zu delegieren.

Ein Quantencomputer erfordert heute noch eine sehr komplexe Betriebseinrichtung mit spezieller Kühlung. Bild: IBM System One.
Ein Quantencomputer erfordert heute noch eine sehr komplexe Betriebseinrichtung mit spezieller Kühlung. Bild: IBM Q System One. Quelle: FAZ

Das nächste Learning für uns war: Quantum Computing ist ein Kontinuum. Das heißt, es gibt nicht nur entweder Cloud oder Quantum Computing. Wir werden Stück für Stück und für ganz bestimmte Use Cases auch Quantum-Technologien in unseren IONOS Rechenzentren einsetzen. Und hier ist eine der Hauptaufgaben von IONOS, sehr schnell zu lernen: Welche Technologien kommen und wann? Und: Wie können wir sie in unser Cloud-Portfolio integrieren, damit wir dieses Kontinuum abbilden können – von einer einzelnen virtuelle Maschine über eine GPU-Instanz und Quantum Ressourcen bis hin zu einem ganz großen Quantum Computer außerhalb des IONOS Rechenzentrums. Dieses Kontinuum soll für unsere Kundinnen und Kunden verfügbar sein — und zwar so, dass diese nicht alle Details des Quantum Computing verstehen müssen, um das Angebot nutzen zu können. Wir wollen einfach die Plattform liefern, über die sie sehr einfachen Zugriff zu diesem ganzen Kontinuum haben – entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Use Cases.

Quantum Computing als Evolution des traditionellen Computings: Wie baut denn nun die Quantum Cloud auf die existierende Infrastruktur auf?

Im Grunde genommen ist es eine Fortschreibung des Cloud-Kontinuums, das wir bereits haben. Heute gibt es auf der einen Seite Dedicated Server, also physikalische Systeme. Dann gibt es die Cloud, also eine Virtualisierung dieser physikalischen Systeme. Das heißt, ich kann größere Cluster von Systemen bauen. Der nächste Schritt sind spezielle Hardwarebeschleuniger. Das sind Hardware-Technologien, die für bestimmte Use Cases sinnvoll sind. Ein Beispiel sind GPUs: Wenn ich heute KI-Modelle anwende, dann nutzen wir in der Regel GPU-Systeme.

In der nächsten Stufe kommt nun das Kontinuum der Quanten-Technologien. In diesem Bereich werden wir noch viele Innovationen sehen, zum Beispiel Hybrid-Chips, bei denen GPU-Technologie, CPU-Technologie und Quantum-Technologie zusammenkommen.

Ein weiterer interessanter Aspekt ist der Energieverbrauch. Wir erleben aktuell, was auch in den Medien öfter kritisiert wird, wie viel Rechenzentrumskapazität im Zuge von KI aufgebaut wird. Dahinter stehen Kosten, aber auch CO2-Emissionen. Quantum-Technologie verhält sich hier anders. Der Energieverbrauch steigt hier nicht exponentiell. Bestimmte Use Cases werden viel effizienter abgebildet. Unsere Analyse beschäftigt sich daher sowohl mit den möglichen Use Cases für Quantum Computing als auch mit der Frage, welche Use Cases durch Quantum-Technologien effizienter abgebildet werden können.

Wir werden das Kontinuum fortschreiben: ausgehend von Standard-Hardware, die wir heute haben, über verschiedene Prozess-Architekturen, über GPI-Architekturen bis hin zu Quantum-Technologien. Für unsere Kunden ergeben sich dadurch Use Cases, die viel schneller und genauer berechenbar werden und gleichzeitig diese Berechnung auch energieeffizienter machen.

Kannst du dafür einen konkreten Use Case nennen?

Ich glaube, wir kratzen gerade noch an der Oberfläche. Anders gesagt: Vor zehn Jahren haben wir auch nicht gewusst, welches Potential GPUs haben werden. Wir haben GPUs lange als Grafikkartenbeschleuniger für anspruchsvolle Spiele verwendet. Nur wenige haben darin auch einen Kristallisierungspunkt für KI-Technologie gesehen. Bei Quantum sehe ich es ähnlich.

Trotzdem erahnen wir heute einige geeignete Use Cases. Das Thema Verschlüsselung ist ein Use Case, bei dem Quantum Computer sehr stark sind, insbesondere wenn es darum geht Muster und Strukturen in Datenmengen zu erkennen. Auch deswegen investieren wir heute sehr viel Energie in Verschlüsselungen, die durch Quantum Computer nicht gehackt werden können.

Großes Potenzial sehen Experten auch bei Optimierungsaufgaben, die gerade in der Logistik- oder Luftfahrtbranche eine Herausforderung darstellen. Auch hier gilt es, ein Optimum in großen Datenmengen und Strukturen zu finden.

Quantum Software Design ist aber nicht der Fokus bei IONOS. Wir versuchen vielmehr, diese Technologie dem Mittelstand zur Verfügung zu stellen. Unternehmen sollen so explorativ ihre Use Cases auf unserer Infrastruktur entwickeln können. Vielleicht haben 90 Prozent der Pilotprojekte keinen Erfolg – die verbleibenden 10 Prozent werden aber genau die sein, die extrem sinnvoll auf dieser neuen Technologie abgebildet werden.

Das Partnerprojekt von SeQuenC, PlanQK, zeigt ganz gut, wie Quantum Computing in reale Anwendungen gebracht werden kann In diesem Rahmen ist bereits viel Quantum Code entwickelt worden. Darüber können wir sehr schön sehen, an welchen Use Cases heute gearbeitet wird.

Das Gleiche haben wir auch bei Large Language Models und anderen KI-Modellen gesehen. Es gibt mittlerweile große Plattformen, aus denen solche neuen Modelle entstehen. Kunden adaptieren und entwickeln diese Modelle weiter, weil sie niederschwelligen Zugang zu diesen Plattformen haben. So entstehen ganze Ökosysteme. IONOS baut jetzt im Projekt SeQuenC die Grundlage für dieses neue Quantum-Ökosystem. Ökosysteme leben davon, dass eine große Anzahl von Menschen, Firmen und auch Forschungseinrichtungen Zugriff auf diese Technologien bekommen, um im Ökosystem diese Wellen weiterzuentwickeln.

Dann lass uns jetzt über die SeQuenC-Initiative sprechen: ein Blueprint für die deutsche Quantum Cloud. SeQuenC startete 2022, IONOS ist im Lead dieses Konsortiums. Erzähl uns doch etwas mehr zu den Partnern, eurer Timeline und wie ihr mit der Quantum Cloud die Grundlage eines neuen Quantum Ökosystems schaffen wollt.

Die Zusammenstellung des Konsortiums ist sehr spannend, weil sehr viele verschiedene Blickwinkel auf dieses Thema zusammenkommen. Deswegen haben wir zum einen die Universität Stuttgart, die unter Prof. Dr. Frank Leymann einen sehr großen Beitrag leistet, und Fraunhofer Fokus, die Experten auf dem Gebiet sind und ihre Erfahrung aus anderen Partikularforschungsprojekten einbringen. Und mit QMware, einem Startup spezialisiert auf Quantum Cloud Services, haben wir einen Partner, welcher die Technologie liefert und die Integration nativer Quantum Hardware leisten kann. Gemeinsam bringen die Partner so Quanten-Simulationen und auch native Quanten-Technologien mit. Und mit IONOS hat das Konsortium einen Lead, der das Thema Plattform, Ökosystem und Zugang zum Mittelstand einbringt.

Die SeQuenC-Initiative arbeitet an einer Quantum Cloud für die deutsche Industrie. Bild: SeQuenC Website. Quelle: SequenC

Gemeinsam demokratisieren wir den Zugriff auf Quanten Computing. Der Anwender kann sich per Kreditkarte an einem Portal registrieren und dann direkt ohne Wartezeiten Quantum Computing nutzen. Diesen niedrigschwelligen Einstieg müssen wir erreichen, sonst funktionieren solche Technologieinnovationen und der Aufbau eines Ökosystems nicht. Das ist genau die Idee von SeQuenC. Wir wollen, dass die deutsche Industrie einfach und ohne hohe Investitionen Quantum Computing auszuprobieren und eigene Anwendungen entwickeln kann.

Mit PlanQK haben wir nun auch einen Partner, der schon einen Marktplatz gebaut hat und Quantum-Code-Fragmente zur Verfügung stellt. Jetzt brauchen wir das Ökosystem, das den Code weiterentwickelt – auf Standard-Cloud-Infrastruktur, QMware-Infrastruktur, aber auch auf großen Quantum Computern. Das generiert Use Cases, aus denen am Ende des Tages Business Cases werden, Mehrwert liefern und sich skalieren lassen.

QMware bietet Quantum Cloud Services, die auf einer hybriden Quantum Computing-Plattform basieren. Bild: QMware Node HQ-HPC
QMware bietet Quantum Cloud Services, die auf einer hybriden Quantum Computing-Plattform basieren. Abbildung: QMware Node HQ-HPC. Quelle: QMware

Die Quantum Cloud SeQuenC ist als Förderprojekt vom BMWK bis 2025 angelegt. Was passiert nach Abschluss des Projekts? Ist eine kommerzielle Nutzung geplant?

Es gibt hier mehrere Akteure, die unterschiedlichen Fokus haben. Das Anliegen von IONOS ist es, dem Mittelstand Zugriff auf Quanten-Technologie zu geben, so wie heute auf Cloud. Als IONOS werden wir unser Cloud-Ökosystem genau um diesen Aspekt erweitern: Wir liefern jetzt nicht nur GPUs und nicht nur Standard-CPUs, sondern auch Quantum-Ressourcen. Am Anfang werden, allen voran Forschungsinstitute, die neue Technologie nutzen. Viele andere Unternehmen werden diese Ergebnisse adaptieren.

Wir haben Quantum Computing nicht neu erfunden, sondern sind bereits in der Phase, wo der Rollout stattfindet. Wir bauen zunächst das Kontinuum auf und wir erwarten künftig noch mehr Quantum-Leistung für noch spannendere Use Cases. Am Ende ist die Rolle von IONOS relativ einfach: Wir tragen dafür Sorge, dass sich die Ideen der Industrie – angefangen bei den kleinen Unternehmen über den Mittelstand bis zu den großen Corporates – umsetzen lassen.

Vor kurzem war ja das CloudFest, da hast du das SeQuenC-Projekt vorgestellt und die Zusammenarbeit mit QMware als Quantum Cloud Service Provider erläutert. Wie reagiert denn die Branche, wenn du mit diesem Enthusiasmus von der Quantum Cloud erzählst?

Die Community ist schon einen Schritt weiter und hat verstanden, an welchen Stellen Quantum Computing Mehrwerte bringt. Wir sehen viele Spin-Offs und Start-Ups-, die sich um das Thema gründen. Und je mehr wir die Technologie demokratisieren, desto mehr werden wir den Fortschritt beschleunigen.

Andererseits ist Quantum noch keine Mainstream-Technologie, es überwiegt noch die Skepsis. Hier braucht es noch viel Übersetzungsleistung, um diese Technologie der breiten Masse näher zu bringen. Es ist aber auch legitim, dass diese Technologie gar nicht jeden beschäftigen muss. Für die Nutzer ist es ein weiterer Service, der in ihrem Geschäftsmodell einen Mehrwert bieten kann, ohne, dass sie genau verstehen müssen, was im Maschinenraum passiert. Firmen, die Spezialwissen aufgebaut haben und Early Adopter sind, können hier mit cleveren Ideen Quantum als Service anbieten.

Ich wiederhole mich: Niemand möchte einen weiteren ChatGPT-Schock erleben. Viele Unternehmen waren auf den Technologiesprung nicht ausreichend vorbereitet.

Es ist besser, in Ruhe eine solide Strategie zu einer neuen Technologie zu erarbeiten. Meine Empfehlung ist es, jetzt zu prüfen, welche Potenziale für Ihr Unternehmen in der Technologie steckt. Möchte das Unternehmen einen Service bauen, der Quantum als Optimierung nutzt? Oder ein technologisches Problem lösen, welches bis heute nicht realisierbar war? Oder gibt es im Unternehmen eigentlich überhaupt ein Thema, welches mit Quantum besser lösbar ist?

Noch ein Ausblick zum Schluss. Du hast jetzt Potenzial und auch Herausforderungen beschrieben. Was würdest du dir wünschen, damit die Transformation ins Quantenzeitalter möglichst schnell und erfolgreich gelingt. Gibt es da Forderungen an die Politik, Industrie, an die IT-Branche?

Wie bei allen neuen Technologien bedarf es einer Übersetzungsleistung. Es nutzt nichts, einfach nur den Hype zu befeuern. Wir benötigen eine sachliche Diskussion im öffentlichen Raum zu Chancen und Risiken, um Transparenz zu schaffen. Gleichzeitig benötigen wir Anreize, um das vorhin angesprochene Ökosystem auszubauen, Stakeholder zu motivieren, hier ein Investment zu machen. Dafür eignen sich beispielsweise ein industrieller Use Case oder die Entwicklung einer konkreten Software-Lösung, die dann für die Industrie verfügbar gemacht wird. Staatliche Förderprojekte spielen hier eine wesentliche Rolle. Wir dürfen nicht vergessen: Wir befinden uns im internationalen Wettlauf. In Europa haben wir zudem die Herausforderung, dass sehr dezentral investiert und in verschiedenen Parzellen entwickelt wird. Das bietet zwar auch den Vorteil, dass wir eine gewisse Diversität und Technologieoffenheit verfolgen können. Wir stolpern aber auch oft über langwierige Prozesse und bringen nicht das geforderte Tempo auf die Straße.

Wir glauben an das föderierte Ökosystem. Daher müssen wir sicherstellen, dass wir den Zugriff möglichst schnell demokratisieren, die Ergebnisse skalieren und für den europäischen Standort nutzbar machen.

Vielen Dank, Rainer, für deine Zeit.