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.
–
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.
–
Aktuell arbeiten wir auf folgenden Quantencomputern
Wir entwickeln und erproben Quantencomputing-Algorithmen und deren praktische Ausführung unter anderem auf folgenden Hardware-Plattformen:
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.
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.
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.
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.
–
Zusätzlich befindet sich das QAR-Lab in Gesprächen zur Nutzung folgender weiterer Hardware-Plattformen:
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.
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.
