IBM Quantencomputer im Produktiveinsatz

Das IBM Q Lab im Watson Research Center, New York.
Das IBM Q Lab im Watson Research Center, New York.

Der Quantencomputer soll Nutzern über die Cloud verfügbar gemacht werden. IBM verspricht Lösung von Problemen, »an denen klassische Computersysteme scheitern«.

IBM hat ein Entwicklungsplan für kommerzielles »IBM Q« Quantensystem veröffentlicht. Schon in den nächsten Monaten soll es Programmierschnittstellen geben, mit denen sich der Quantencomputer über ein klassisches IT-System programmieren lässt. Laut IBM soll das Quantensystem »IBM Q« universell einsetzbar sein und dazu gehörende Services werden über die IBM Cloud erreichbar sein. Aktuelle Technologien wie Watson liefern den Nutzern vertiefte oder sogar neue Einblicke in große Datenmengen. Quantensysteme hingegen liefern Lösungen für Aufgaben und Simulationen, an denen klassische IT-Systeme scheitern.

Daneben kündigt IBM zwei weitere Neuigkeiten für das IBM »Quantum Experience« an, ein seit 2016 über die IBM Cloud angebotener Zugang zu einem aus fünf Qubits bestehenden Quantencomputer im IBM Watson Forschungszentrum im U.S. Bundesstaat New York. Nutzer können über den Zugang verschiedene Algorithmen ausprobieren, mit einzelnen Qubits arbeiten oder sich mit Hilfe von Tutorials und Simulationen zum Thema Quantencomputing weiterbilden. Die Neuigkeiten: 

  • Neue Programmierschnittstellen, so genannte Application Program Interfaces oder kurz APIs. Die APIs werden in der ersten Hälfte dieses Jahres verfügbar sein und es Entwicklern ermöglichen, klassische IT-Systeme mit cloudbasierten Quantencomputern zu verknüpfen. Weitreichende Kenntnisse in Quantenphysik sind dafür nicht erforderlich. Die APIs werden auf GitHub veröffentlicht und enthalten auch einfache Scripts, die die Funktionen der Schnittstellen demonstrieren.  
  • Ein erweiterter Simulator auf dem IBM Quantum Experience, der ein System von bis zu 20 Qubits simulieren kann. Daneben wird in den nächsten Monaten ein Software Development Kit (SDK) veröffentlicht, mit dem Nutzer Quanten-Anwendungen und Software-Programme bauen können.
Bilder: 9

IBM Quantencomputer

Impressionen aus dem Watson-Forschungszentrum von IBM in New York.

IBM plant die Entwicklung so genannter IBM Q Systeme, um die Anwendungsmöglichkeiten von Quantentechnologien zu erweitern. Eine wichtige Größe ist dabei die Leistungsfähigkeit eines Quantensystems, das so genannte »Quantum Volume«. Sie beschreibt die Anzahl der zum Einsatz kommenden Qubits, die Qualität der Quantenoperationen innerhalb eines Systems sowie die Konnektivität und Parallelisierung der Qubits. In einem ersten Schritt zur Verbesserung des Quantum Volumes plant IBM die Entwicklung von kommerziellen IBM Q Systemen mit etwa 50 Qubits, um die Überlegenheit dieses Ansatzes gegenüber klassischen Computer zu demonstrieren. Daneben werden gemeinsam mit Partnern Anwendungen entwickelt, die die Beschleunigung entsprechender Quantensysteme nutzen, so genannter Quantum Speedups.

IBM Q Systeme werden entwickelt, Probleme zu lösen, mit denen klassische IT Systeme überfordert sind, weil sie von zu hoher oder von exponentieller Komplexität sind. Eines der ersten und vielversprechendsten Anwendungsfelder sind Simulationen von quantenmechanischen Vorgängen auf molekularer Ebene in der Chemie.

IBM-Wissenschaftler haben bereits entsprechende Technologien für eine effiziente Simulation von Problemen der theoretischen Chemie entwickelt. In Zukunft sind weitere Experimente mit komplexen Molekülen geplant, um bessere Vorhersagen über chemische Eigenschaften von Komponenten treffen zu können als es mit klassischen Computern heute möglich ist. Weitere, mögliche Anwendungen für Quantensysteme sind:

  • Medikamenten- und Materialforschung, wo mit Hilfe von Quantentechnologien die Komplexität molekularer und chemischer Wechselwirkungen aufgelöst werden können und so die Entwicklung neuer Wirkstoffe und Materialien ermöglicht wird,
  • Die Optimierung von globalen Lieferketten und Logistikabläufen ,
  • Neue Ansätze bei der Analyse von Finanzinformationen und den ihr zugrundeliegenden vielfältigen Daten sowie entsprechender Risikobewertungen,
  • Der Ausbau bestimmter Elemente künstlicher Intelligenz wie beispielsweise Machine Learning,
  • Die Sicherheit von Daten in Cloud-Umgebungen durch die gezielte Ausnutzung quantenmechanischer Effekte.

»Heutige Computersysteme sind außergewöhnlich leistungsfähig und werden auch weiterhin eine zentrale Rolle in Wirtschaft und Gesellschaft spielen. Es gibt aber eine Reihe von Herausforderungen, die mit diesen Computern nicht zu bewältigen sind. Dafür brauchen wir Quantencomputer«, sagt Tom Rosamilia, Senior Vice President IBM Systems. »In unserer Vorstellung werden in Zukunft IBM Q Systeme zusammen mit unseren klassischen High Performance-Systemen diese Themen angehen.«