Mit welchen Rechnern arbeitet das QAR-Lab?

Evaluierung und Nutzung von Quantencomputing Technologien

Zwei Typen von Quantencomputern

Neben theoretischen Vorarbeiten, wie der Use Case Analyse und dem Knowledge Transfer, können im QAR-Lab schon jetzt entwickelte Prototypen und Algorithmen auf verschiedener Quantencomputing Hardware evaluiert werden. Derzeit nutzen wir zwei unterschieliche Technologien von Quantencomputing Hardware.

Quantum Annealer

Quantum Annealer sind speziell für die Lösung von Optimierungs­problemen konstruiert worden. Alle Frage­stellungen, egal ob Kosten, Wegstrecken oder andere Variablen, werden in Form einer mathematischen Beschreibung – dem sogenannten Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) Problem – auf einem Gitter aus Qubits modelliert und durch die Hardware gelöst.

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Universal Gate Quantum Computer

Das Universal Quantum Gate Model ist ein weiterer Ansatz zur Realisierung von Quanten­computing und beruht auf der Nutzung von Quanten­gattern. Ähnlich wie bei klassischen Rechnern, werden logische Quanten­gatter in Sequenzen zusammen­gesetzt, um bestimmte Algorithmen zu realisieren und Problem­stellungen zu lösen.

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Aktuell arbeiten wir auf folgenden Quantencomputern

Wir entwickeln und erproben Quantencomputing-Algorithmen und deren praktische Ausführung unter anderem auf folgenden Hardware-Plattformen:

D-Wave Systems Advantage

Quantum Annealer

Der kanadische Hardware-Hersteller D-Wave Systems Inc. war der erste und einzige kommerzielle Anbieter für Quantum Annealing. Der D-Wave Advantage eignet sich besonders für das Lösen von Optimierungs­problemen. Das QAR-Lab hat schon zahlreiche solche Probleme umgesetzt, von reinen Logik­problemen wie 3SAT und dem Game of Life zu praktischen Anwendungen wie das Airport Gate Assignment oder Capacitated Vehicle Routing, vor allem auch in hybrider Ausführung mithilfe der D-Wave Oceans-Bibliothek.

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© D-Wave Systems Inc.

Fujitsu DAU

Digital Annealing

Der Digital Annealer von Fujitsu nutzt ein digitales Schaltungsdesign, das von Quantenphänomenen inspiriert ist. Er wird angewendet, um umfangreiche kombinatorische Optimierungsprobleme sofort zu lösen. Das QAR-Lab hat bereits zahlreiche Berechnungen über den Digital Annealer ausführen können.

© Fujitsu Limited

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Rigetti Aspen-9

Quantum Gate Computer

Rigetti’s Quanten­prozessoren sind universelle Gate-Model-Computer, die auf supra­leitenden Qubits basieren. Rigetti bietet mit ihrem Forest SDK ein auf NISQ Computer optimiertes Entwicklungs­werkzeug, um hybride quanten­klassische Algorithmen zu realisieren. Das QAR-Lab hat bereits diverse variationelle Algorithmen, wie zum Beispiel den QAOA und VQE Ansatz, auf Rigetti’s Aspen-9 Prozessor mit 32 Qubits umgesetzt.

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IBM Q System One

Quantum Gate Computer

Das IBM Q System One umfasst die hauseigene Serie von universellen Gate-Model-Computer, deren Quanten­prozessoren auf supra­leitenden Qubits basieren. Die Implementierung der Algorithmen wird mit dem Open-Source Qiskit SDK gewährleistet.
Das QAR-Lab hat bereits einige prototypische variationelle Algorithmen auf dem frei verfügbaren IBM Simulator mit 32 Qubits realisiert.
Ab Juni 2021 hat sich die LMU München die Nutzung des ersten in Europa verfügbaren IBM Quanten­computers in Ehningen vertraglich gesichert.

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Zusätzlich befindet sich das QAR-Lab in Gesprächen zur Nutzung folgender weiterer Hardware-Plattformen:

Quantum Inspire by QuTech

Quantum Gate Computer

Quantum Inspire ist eine Plattform, die von QuTech entworfen, gebaut und betrieben wird. QuTech ist ein fortschrittliches Forschungs­zentrum für Quanten­computing und Quanten­internet, das von der Technischen Universität Delft und TNO gegründet wurde. Die Plattform Quantum Inspire bietet insbesondere eine grafische Benutzer­oberfläche zur Programmierung von Quanten­algorithmen in der Sprache QASM und zur Visualisierung dieser Operationen über Schalt­pläne. Es sind zwei Quanten­prozessoren (Spin-2, Starmon-5) sowie zwei Simulatoren (QX-26, QX-31) verfügbar. Es gibt mehrere Code-Beispiele, z. B. zur Durchführung der Quanten­klassifikation oder des Grover-Algorithmus.

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© Cheesework for QuTech

Quantum Brilliance

Quantum Gate Computer

Der australische Hardware-Hersteller Quantum Brilliance baut und verkauft Raumtemperatur-Quantencomputer, die mit synthetischem Diamant betrieben werden und Anwendungen im Edge-Quantum-Computing und im hybriden Quanten-klassisches-Computing ermöglichen. Das Ziel von Quantum Brilliance ist eine Zukunft für allgegenwärtiges Quantencomputing.

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