Quantencomputing trifft auf High Performance Computing

Quantencomputing im Bereich »High Performance Computing«

Wir arbeiten an neuen Algorithmen und Software für den Einsatz von Quantencomputing. Dabei ist das Wechselspiel zwischen Quantencomputing und High Performance Computing interessant.

Wir schauen uns insbesondere die folgenden Punkte an:

  • Benchmarking, um abzuschätzen wo Quantencomputing gegenüber klassischem HPC Computing einen Vorteil bieten kann
  • Softwareintegration von HPC und Quantencomputern
  • Hybride Anwendungen, die von einer reibungslosen Integration von HPC und Quantensystemen profitieren
  • Implementierung rechenintensiver Schritte im Softwarestack, der notwendig ist, um einen Quantenrechner zu betreiben. Hier ist insbesondere die Compilerentwicklung für Quantenrechner zu nennen.

Herausforderungen in der Quantenchemie: Erste Chance auf Quantenvorteil?

Gegenwärtig konzentrieren wir uns bei den Anwendungen besonders auf Herausforderungen in der Quantenchemie, von denen allgemein angenommen wird, dass sie zu den ersten Anwendungen gehört, die einen Quantenvorteil aufweisen könnte. Hier wird es entscheiden sein, unser Wissen über klassische quantenchemische Berechnungen mit Quantenerweiterungen zu kombinieren.

HPC und Quantencomputing: Die Zukunft ist hybrid!

Quantencomputing wird in den nächsten Jahren ein Beschleuniger für klassische Cluster sein, der spezifische Aufgaben löst. Daher ist eine reibungslose Anbindung von HPC und Quantencomputing wichtig. Darüber hinaus werden bekannte Softwareenginnering Methoden zur Entwicklung der Middleware für Quantenrechner eingesetzt.

In der NISQ-Ära (Noisy Intermediate-Scale Quantum) sind hybride Algorithmen – wie sie in der Quantenchemie zum Einsatz kommen – besonders im Fokus. Dabei ist der Algorithmus in einen klassischen HPC- und einen Quantenanteil aufgeteilt und es wird abgewechselt, um Lösungen zu berechnen. Eine reibungslose Verbindung von QC-Ressourcen mit HPC-Ressourcen ist dabei von zentraler Bedeutung. Wir arbeiten an dieser Zusammenführung von HPC und Quantencomputern.

Für die Quantencomputer-Hardware ist ein spezieller Software-Stack erforderlich, um das System zu betreiben. Wir implementieren einen Quantencompiler, der die idealisierten Schaltungen von High-Level-Quanten-Software-Frameworks in reale Geräte übersetzt. Ziel ist es, die durch die Kompilierung entstehenden Overheads zu reduzieren und uns einen technologischen Vorsprung für unsere Algorithmen zu verschaffen.

Übersicht Beispielprojekte und Weiterbildungen

AnQuC-3

Im Projekt »AnQuC-3« legen wir den Fokus auf die Themengebiete Quantum Fourier Transformation, Quanten Maschinelles Lernen und Algorithmen. Mehr Informationen folgen in Kürze.

 

QCStack

Das Ziel von »QCStack« ist es, eine technologieübergreifende Middleware zu schaffen, die standardisierte Funktionen für die Entwicklung und Kompilierung von gate-basierten Quantencomputern bereitstellt.

 

Rymax One

Im BMBF-Projekt entwickeln wir mit unseren Partnern einen auf Rydberg-Atomen basierenden Quantencomputer – den »Rymax One« – und verknüpfen ihn mit HPC-Ressourcen. 

EniQmA

Aufgabe des BMWK-Projekts ist das Strukturieren, Definieren und Implementieren von workflowbasierten Prozessen für effiziente Quantensoftware (EniQmA: Ermöglichung hybrider Quantum-Anwendungen). Mehr Informationen folgen in Kürze.

 

Quantum Technology Professional

Im Projekt »Quantum Technology Professional« entwickeln wir ein modulares und kontinuierlich erweiterbares Weiterbildungsprogramm mit den Themenbereichen »Quantencomputing« und »Quantentechnologie«.